Физики нашли кристалл с «химической» отрицательной сжимаемостью

Физики из Польской академии наук обнаружили первый материал с отрицательной линейной сжимаемостью, которая обеспечена химическими реакциями внутри его объема. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Технологии

# давление

# кристалл

# отрицательная линейная сжимаемость

©Wikipedia / Автор: Сергей Данилов

Отрицательная линейная сжимаемость — механическое явление, характерное для некоторых кристаллических веществ. Оно заключается в том, что при равномерном сдавливании расширение материала происходит не во всех направлениях против приложенной силы, но в одном или двух, при этом в другом происходит сжимание. Как правило, увеличение размеров вещества в этом случае незначительно — около 1 процентного пункта (п. п.). В новой работе ученые открыли материал с отрицательной линейной сжимаемостью, увеличение размера которого при сдавливании достигает 10 п. п.

Им оказался натрий-амидоборан (NaNH2BH3) — прозрачное кристаллическое соединение с ромбической сингонией. В эксперименте авторы поместили микрометровый образец материала в ячейку с алмазными наковальнями, рассчитанную на давление в пределах до нескольких миллионов атмосфер. Затем к нему применялось гидростатическое давление, уровень которого измерялся с помощью расположенного рядом рубина. Изменение уровня давления влияло на флуоресценцию рубина, таким образом, он выполнял функцию манометра.

Резкое однонаправленное расширение натрий-амидоборона произошло при давлении около 30 тысяч атмосфер. При этом рамановская спектроскопия показала, что увеличение обусловлено химическими реакциями. В частности, в основе явления лежало удлинение химических связей между азотом, водородом и бором в результате формирования новых водородных связей между молекулами кристалла. Прежде отрицательная сжимаемость связывалась только с геометрическими свойствами — с перемещением элементов кристаллов в разных направлениях.

Как отметил соавтор работы Тарас Паласюк, открытие может стимулировать дальнейшие исследования материалов с отрицательной линейной сжимаемостью. В свою очередь характеристики найтри-амидобороана позволяют использовать его, например, как элемент датчиков порогового давления. Такие устройства применяются в промышленности при уровне давления до 300 тысяч атмосфер. Также материал может быть полезен при изготовлении активных бронежилетов, которые при столкновении со снарядом повторяли бы механику подушки безопасности.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.