Химики синтезировали новый смешанный углерод

Химики из США и Китая синтезировали новую форму углерода со смешанной гибридизацией.

1 941
Выбор редакции

Химики синтезировали новый смешанный углерод

Химики синтезировали новый смешанный углерод

Важным направлением современного материаловедения выступает разработка прочных, но легких материалов, например для изготовления защитных военных конструкций (бронежилетов, обшивки). Сейчас с этой целью, как правило, используются металлы и высокотехнологичная керамика — их предел текучести и предел прочности достигают двух и девяти гигапаскаль соотвественно. Однако эти материалы отличаются громоздкостью. В качестве альтернативы рассматриваются производные углерода: за счет многообразия модификаций это соединение позволяет комбинировать значения таких параметров, как эластичность, твердость и масса.

 

Разные формы углерода определяются гибридизацией орбиталей (s, p, d, f) центрального атома в молекуле: их смешение обусловливает расположение и особенности ковалентных связей, и, как следствие, свойства материала. Например, к формам углерода с sp2-гибридизацией относятся гибкие углеродные нанотрубки и графен, а с sp3-гибридизацией — твердые алмаз и лонсдейлит. В новой работе специалисты из Яньшаньского университета и других учреждений представили результат комбинирования состояний гибридизации. Для этого они использовали стеклоуглерод — твердого материала из sp2-гибридизированных орбиталей, которые формируют неупорядоченно расположенные шестиугольники.

 

Чтобы изменить кристаллическую решетку, образцы стеклоуглерода нагревали до 1100 градусов Цельсия и подвергали давлению в размере до 25 гигапаскаль (порядка 247 тысяч атмосфер). Последующий анализ показал, что при определенных условиях материал приобретал графеноподобную форму, при этом некоторые орбитали в ней имели sp3-гибридизацию. Число таких атомов достигало 22±5, возрастая с повышением температуры. На небольших масштабах просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) позволяла наблюдать в конечной структуре sp3-гибридизированные области, «сшивающие» листы графена. Тем не менее, в масштабах целого образца она была неупорадочена.

 

Изображение (A) и топологическая модель (B) структуры новой формы углерода / ©Meng Hu et al., Science Advances, 2017

Изображение (A) и топологическая модель (B) структуры новой формы углерода / ©Meng Hu et al., Science Advances, 2017

 

По словам авторов, полученный материал обладает высокими эластичностью, твердостью на вдавливание и прочностью на сжатие и после локальных деформаций восстанавливает структуру. В сочетании с небольшой массой и толщиной это значительно расширяет потенциальные сферы его приложений. Между тем ранее другая группа исследователей представила технологию модулирования смачиваемости графеноподобных структур. Изучение смачиваемости и поиск способов ее модуляции важны для многих отраслей, в том числе промышленности и медицины. Наименее воспроизводимым остается «переключение» показателя в одном материале.

 

Статья опубликована в журнале Science Advances.

 

Несмотря на актуальность разработок, связанных с модификациями углерода, ученые реализуют и иные направления. Так, весной 2017 года химики открыли новую, седьмую степень окисления плутония, а также впервые коснулись атомов водорода с помощью модифицированного атомно-силового микроскопа.

Наука

Naked Science Facebook VK Twitter
1 941

Комментарии

Быстрый вход

или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку