В НИТУ «МИСиС» создали новый материал для высокотехнологичных производств — Naked Science
7 минут
НИТУ «МИСиС»

В НИТУ «МИСиС» создали новый материал для высокотехнологичных производств

4.1

Ученые НИТУ «МИСиС» предложили способ однозначного определения механической жесткости наноструктур. Исключив из определения объем, который на атомном уровне становится плохо определимой величиной, коллектив определил механическую жесткость ряда наноструктур. Новый способ позволит лучше подбирать материалы с необходимыми свойствами. Используя улучшенную методологию, ученые установили, что алмазные нанокластеры имеют большую механическую жесткость по сравнению с цельным кристаллом алмаза. Новый материал сможет найти применение в целом ряде высокотехнологичных областей, в том числе в микросистемной электронике, ядерной промышленности, а также при изготовлении режущего, бурового и абразивного инструмента.

В НИТУ «МИСиС» создали новый материал для высокотехнологичных производств / ©prointellekt.com

Методика была проверена на примере алмазных нанокластеров, статья об исследовании опубликована в журнале Carbon. Существует целый ряд высокотехнологичных областей, для которых требуются материалы с высокими механическими характеристиками. Зачастую кандидатами на эту роль выступают наноразмерные материалы. Механическую жесткость материала обычно принято характеризовать его упругими модулями.

Однако в случае наноразмерных материалов как экспериментальное измерение, так и теоретический расчет упругих модулей сталкиваются с фундаментальной проблемой неопределенности объема на таком масштабе. Это можно проиллюстрировать следующим примером: при измерении механических свойств нанотрубок требуется информация о ее поперечном сечении, что сразу же приводит к вопросу о толщине стенки нанотрубки.

Значение этого параметра по порядку величины равно радиусу атома, что приводит к погрешностям в соответствующих измерениях. 
Ученые НИТУ «МИСиС» изучили данную проблему теоретически (методами моделирования на атомном уровне) и нашли способ усовершенствовать формулу вычисления жесткости наноматериалов, исключив из нее переменную объема и заменив ее на коэффициент средней жесткости связи между атомами.

В отличие от упругих модулей, этот параметр поддается однозначному определению, так как не требуется знания объема структуры. Также он позволяет характеризовать жесткость всей структуры в целом. Идея модификации формулы возникла в процессе изучения алмазных нанокластеров – мельчайших алмазных частиц размером в несколько нанометров, не соединенных в единый кристалл.

Графическая репрезентация структуры алмазного нанокластера (слева) и сравнение жесткости нанокластера и цельного кристалла алмаза (справа). Как видно из диаграммы, алмазный нанокластер жестче в среднем на 17 процентов / ©Пресс-служба НИТУ «МИСиС»

«Для определения уровня жесткости материала требуется знать объем кристалла. Однако когда речь идет о вычислениях на атомарном уровне, возникает проблема в определении объема отдельного атома в кристаллической решетке. Многие научные группы пытались определить жесткость алмазных нанокластеров через вычисление объема, и каждый раз получался новый результат.

Мы же пошли по иному пути – модифицировали формулу определения жесткости материала, полностью исключив такую «плавающую» переменную, как объем», – комментирует доктор физико-математических наук, научный руководитель инфраструктурного проекта «Поиск и предсказание новых низкоразмерных структур и исследование их физико-химических свойств» лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Павел Сорокин.

Используя улучшенную методологию, ученые установили, что алмазные нанокластеры, как и предполагалось, имеют большую механическую жесткость по сравнению с цельным кристаллом алмаза. Подобный новый материал сможет найти свое применение в целом ряде высокотехнологичных областей, в том числе в микросистемной электронике, ядерной промышленности, а также при изготовлении режущего, бурового и абразивного инструмента. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
НИТУ «МИСиС»
28 статей
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» — российский технический университет; первый вуз в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета», лучший вуз России 2019 года по версии Forbes Россия. Сегодня в состав НИТУ «МИСиС» входят 9 институтов и 6 филиалов, 4 из которых работают в России и 2 за рубежом.
Вчера, 20:22
3 минуты
Денис Гордеев

Эта награда вручается за деятельность в области научно-популярной и просветительской литературы.

Сегодня, 10:13
4 минуты
Сергей Васильев

Астрономы сообщили об открытии OGLE-2016-BLG-1928 — самой маленькой из «планет-сирот», свободно летящих между звездами.

11 часов назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

Немецкое судостроительное предприятие Pella Sietas, принадлежащее российской «Пелле», заложило линейный дизель-электрический ледокол проекта 21900М2. Его будет эксплуатировать «Росморпорт».

27 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Ученые пришли к выводу, что искусственные подсластители не могут быть здоровой заменой сладким напиткам.

26 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Временные промежутки между посещениями дантиста могут составлять от трех месяцев до двух лет, в зависимости от индивидуальных факторов.

26 октября
8 минут
Василий Парфенов

Пусть романтика мирного атома с середины 1960-х поутихла, к идее использования ядерных реакторов в «гражданских» целях все равно возвращаются регулярно. Новый ядерный ракетный двигатель (ЯРД) позволит доставить человека на Марс гораздо быстрее, чем это возможно сейчас.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

1 октября
39 минут
Александр Березин

После советской эпохи атомные реакторы перестали запускать в космос, но сегодня все постепенно меняется. К атомной энергетике для марсианских колоний примеривается Илон Маск, проекты лунных АЭС прорабатываются в России — и все несмотря на то, что в космосе условия для солнечной энергетики лучше, чем на нашей планете. Что заставляет космическую отрасль все чаще думать об атомных реакторах? Как ни странно, дело в том, что и ядерная энергетика в космосе становится еще важнее, чем на Земле. Попробуем разобраться почему.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: