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.
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.
16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

4 часа назад
2 минуты
Илья Ведмеденко

Сегодня, в 13:15 (мск), NASA начнет трансляцию исторического события: первого полета вертолета Ingenuity, доставленного на Марс вместе с планетоходом Perseverance. Посмотреть трансляцию можно на нашем сайте.

Вчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Вчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: