Ученые синтезировали материал — почти такой же твердый, как алмаз
По словам разработчиков, новый материал практически невозможно разбить, а область его применения может быть самой разной: от фотодетекторов до защитных покрытий автомобилей и обшивки космических аппаратов.
Алмаз — самый твердый минерал в природе, а еще он обладает наиболее высокой теплопроводностью среди всех твердых тел. Этот материал используют в микроэлектронике, фотонике, лазерной технике, детекторах ионизирующего излучения. Правда, у алмаза есть один недостаток. Хотя его структура очень твердая, в то же время она достаточно хрупкая (в разных направлениях кристалла его прочность неодинакова). Поэтому области применения алмаза ограничены.
Ученые в лабораториях давно пытаются создать достаточно твердые материалы, которые можно было бы использовать при экстремальных температурах, давлениях, скоростях, напряжениях, сильной радиации.
В 1989 году американские физики Марвин Коэн (Marvin Cohen) и Эми Лю (Amy Liu) экспериментировали с нитридом углерода — бинарным соединением углерода и азота (C3N4), — чтобы синтезировать новый сверхтвердый материал. Ученые утверждали, что атомы углерода и азота в соотношении 3:4 могут образовывать особенно короткие и сильные связи в стабильной кристаллической решетке. По расчетам, проведенным американскими исследователями, новое вещество должно быть столь же твердым, как алмаз. Отметим, что нитриды — химические соединения азота с металлами и неметаллами.
Опыты Коэна и Лю не оправдали ожиданий, зато привлекли внимание множества ученых. В дальнейшем было предсказано существование нескольких модификаций нитрида углерода. Одну из них — нитрид углерода с трехмерными каркасами тетраэдров (CN4) — специалисты назвали «величайшей надеждой материаловедения». Потому что этот материал будет иметь твердость, превышающую твердость алмаза или сравнимую с ней.
На протяжении трех десятилетий ученые предпринимали целый ряд попыток синтезировать новый материал. Правда, давалось это непросто. Сложность синтеза в основном обусловлена термической неустойчивостью нитрида углерода (происходит разложение при температуре 800 градусов Цельсия). Необходимо было найти способ, чтобы обойти это ограничение.
Спустя 30 лет прорыв в этой области, наконец, произошел. Международная команда исследователей под руководством Доминика Ланиеля (Dominique Laniel) из Эдинбургского университета (Шотландия) рассказала, что им удалось синтезировать три новых соединения нитрида углерода: tI14-C3N4, hP126-C3N4 и tI24-CN2.
На основе этих соединений ученые разработали материал, который по твердости может конкурировать с алмазом. Он тверже нитрида бора с кубической микроструктурой — синтетического сверхтвердого материала, получаемого из гексагональной модификации нитрида бора (BN) в результате воздействия на него высоких давлений и температур. Это второй по твердости материал после алмаза.
Ланиель и его коллеги получили новые соединения, подвергая различные формы прекурсоров нитрида углерода давлению в 70-135 гигапаскалей (что в миллион раз превышает атмосферное давление) и одновременно нагревая их до температуры более 1500 градусов Цельсия.
Потом с помощью рентгеновских установок на трех ускорителях частиц — Европейского центра синхронного излучения во Франции, немецкого синхротрона DESY и американского центра синхротронного излучения APS — ученые исследовали расположение атомов в твердых кристаллических веществах и их атомную структуру.
Анализ показал, что три синтезированных соединения нитрида углерода (tI14-C3N4, hP126-C3N4 и tI24-CN2) имеют подходящую структуру для создания сверхтвердого материала. Дополнительные исследования выявили, что эти соединения могут обладать пьезоэлектрическими и фотолюминесцентными свойствами, а еще способны накапливать большое количество энергии при относительно малой массе.
«Кроме того, эти соединения сохраняют свои сверхтвердые свойства даже после охлаждения и в условиях нормального давления окружающей среды. Новые нитриды углерода получают в результате воздействия давления выше 100 гигапаскалей, их можно извлечь на открытый воздух при комнатной температуре [без разрушения]», — пояснил Ланиель.
По мнению авторов, их работа откроет новые возможности в самых разных областях, где не применяли алмазы или использовали их незначительно. В частности, Ланиель полагает, что с помощью нового сверхтвердого материала, созданного на основе трех соединений нитрида углерода, можно будет изготавливать защитные покрытия для автомобилей и новый вид обшивки для космических кораблей, а также фотодетекторы и мощные режущие инструменты.
Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Materials.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии