• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.10.2023
ФизТех
2
17 069

Внутренний беспорядок сделал фуллерит тверже алмаза

4.4

Физики из МФТИ и Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов с коллегами исследовали структуру ультратвердого фуллерита, по механическим свойствам превосходящего даже алмаз. Ученые показали, что материал состоит из небольших групп атомов (кластеров), которые отличаются механическими свойствами. Исследование открывает новые структурные свойства аморфных углеродных сверхтвердых материалов.

Внутренний беспорядок сделал фуллерит тверже алмаза
Внутренний беспорядок сделал фуллерит тверже алмаза / © Getty images / Автор: Артем Фомин

Работа опубликована в журнале Carbon. Углерод образует множество аллотропных модификаций, начиная с графита и алмаза и заканчивая более сложными структурами, такими как нанотрубки и фуллерены. Но и на эти соединения можно воздействовать высокими давлениями, чтобы получить материалы с новыми полезными свойствами. Например, смесь фуллеренов, которые представляют объемные шарообразные модификации из 60 и более атомов углерода, сжимают при давлениях в несколько сотен тысяч атмосфер.

Молекулы фуллеренов деформируются, связываются друг с другом в группы — нанокластеры, и получаются фуллериты — аморфные материалы, по прочности сравнимые с алмазами. У физиков есть общие представления о структуре фуллеритов, но при этом она еще не до конца изучена.

Группа ученых под руководством Михаила Попова, профессора кафедры физики и химии наноструктур МФТИ, рассмотрела эти аморфные материалы с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света и показала, как можно получить информацию о каждом кластере фуллерита, его твердости, а также сравнила его характеристики с наноалмазом.

Аспирант МФТИ, первый автор работы Федор Хоробрых поясняет: «Ультратвердый фуллерит — уникальный материал, который состоит из многих маленьких углеродных структур (нанокластеров) различных размеров. На спектрах комбинационного рассеяния света мы видим, что разные кластеры высвечиваются на разной длине волны лазера. С ее ростом должна падать интенсивность сигнала. Но на самой большой длине волны в один микрон, к нашему удивлению, произошел резонанс — высветились все пики нанокластеров! Благодаря этому мы смогли обнаружить, насколько разнообразна структура ультратвердого фуллерита».


На левой части рисунка показан спектр комбинационного рассеяния света ультратвердого фуллерита при облучении светом различной длины волны. Верхняя черная линия показывает резонансный спектр при 1064 нанометрах. На правой части показаны примеры кластеров в фуллерите, где слева изображена деформированная частица, составленная из фуллеренов (онион), посередине — графитоподобная структура, а справа — сильно искаженная структура, близкая к аморфной / © Пресс-служба МФТИ

В методе спектроскопии комбинационного рассеяния света исследуемый материал облучается лазером определенной длины волны. Свет взаимодействует с колебаниями атомов или другими возбуждениями и переизлучается веществом на другой длине. Разница длин отображается на спектре, и по ее величине можно определить структуру и колебательный спектр вещества.

В работе физики облучали ультратвердый фуллерит светом с длинами волн от 257 до 1064 нанометров. Положение пика в спектре смещалось с ростом длины волны. Ученые объяснили это тем, что разное излучение активирует разные нанокластеры внутри фуллерита. А при облучении светом в 1064 нанометров произошел резонанс — на спектре отобразилось множество пиков, соответствующих каждому нанокластеру. Такой резонанс физики наблюдали впервые.

Затем ученые сравнили спектры ультратвердого фуллерита и смеси нанометровых алмазов, в которых атомы углерода соединяются между собой таким же образом — так называемыми sp3-связями. Результаты оказались аналогичны. Это означало, что именно наличие разных нанокластеров с преимущественным sp3-связыванием определяет спектр этих углеродных материалов вне зависимости от способа получения и типов кластеров в структуре. При этом в ультратвердом фуллерите так же, как и в наноалмазах, каждый кластер материала имеет различные механические характеристики. Это объясняется разными размерами, формами кластеров и особенностями ковалентных связей внутри них.

Федор Хоробрых добавляет: «В этой работе мы объясняем, что структура фуллерита состоит из разных sp3-кластеров фуллерена различных размеров, которые отличаются механическими свойствами, такими как жесткость. Причем каждый кластер внутри материала мы можем отдельно почувствовать, изучить. Мы показали: если углеродная структура состоит из sp3-связанных кластеров, то спектр комбинационного рассеяния света будет такой же, как у смеси наноалмазов. Интересно будет в дальнейшем изучить спектральные свойства ультратвердого фуллерита под высоким давлением вблизи резонанса».

В работе, кроме ученых МФТИ и ТИСНУМ, принимали участие их коллеги из НТЦ уникального приборостроения РАН, Института спектроскопии РАН, (Троицк), Сколтеха, МИСиС, МГУ имени М. В. Ломоносова, Проектного центра ИТЭР и Физического института имени П. Н. Лебедева. Работа выполнена при поддержке РНФ. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Вчера, 11:15
ПНИПУ

22 июля — всемирный день мозга. Ученые Пермского Политеха рассказали, есть ли связь между размером мозга и интеллектом, приводит ли стресс к раку, в каких продуктах содержатся самые полезные для серого вещества компоненты, стоит ли запрещать детям сладкое, чем может навредить медитация и как на состояние мозга влияет экология.

Вчера, 16:20
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

Вчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

20 июля
Александр Березин

Ровно 55 лет назад США высадили людей на Луне. Почему они, а не мы? Это объясняли и неспособностью создать достаточно мощные двигатели для советской лунной ракеты, и ошибками в проектировании ракеты, и нехваткой финансирования. Все эти версии объединяет одно: они резко противоречат документам. Из них складывается совершенно иная картина проигрыша. Так что же на самом деле погубило советскую лунную программу? И отчего последствия этого удара до сих пор так больно бьют по «Роскосмосу»?

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

2 Комментария
-
0
+
Где вибраниум?
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно