Ученые решили головоломку, которая длилась десятилетиями, и открыли почти несокрушимое вещество, которое может конкурировать с алмазом за звание самого твердого материала на Земле
Ученые открыли супертвердый материал, не уступающий алмазу Фото: freepik.com
Исследователи обнаружили, что когда прекурсоры углерода и азота подвергались экстремальному нагреву и давлению, полученные материалы — известные как нитриды углерода — были прочнее кубического нитрида бора, второго по твердости материала после алмаза.
Этот прорыв открывает двери для многофункциональных материалов, которые будут использоваться в промышленных целях, включая защитные покрытия для автомобилей и космических кораблей, высокопрочные режущие инструменты, солнечные батареи и фотодетекторы, говорят эксперты.
Исследователи материалов пытаются раскрыть потенциал нитридов углерода с 1980-х годов, когда ученые впервые обратили внимание на их исключительные свойства, в частности высокую термостойкость.
Однако после более чем трех десятилетий исследований и многочисленных попыток их синтеза не было получено ни одного достоверного результата.
Теперь международная команда ученых во главе с исследователями из Центра науки в экстремальных условиях Эдинбургского университета и экспертами из Университета Байройта, Германия, и Университета Линчепинга, Швеция, наконец достигла прорыва.
Интересное по теме: Ученые создали устройство, которое превращает мысли человека в текст
Команда подвергла различные формы прекурсоров углеродного азота давлению от 70 до 135 гигапаскалей — примерно в миллион раз больше атмосферного давления — при одновременном нагревании до температуры более полутора тысяч градусов по Цельсию.
Чтобы определить атомное строение соединений при таких условиях, образцы облучали интенсивным рентгеновским лучом на трех ускорителях частиц — Европейском синхротронном исследовательском центре во Франции, Немецком электронно-синхротронном центре в Германии и Advanced Photon Source, базирующемся в США.
Исследователи обнаружили, что три соединения нитрида углерода имеют необходимые строительные блоки для сверхтвердости.
Примечательно, что все три соединения сохранили свои алмазоподобные свойства, когда они вернулись к условиям атмосферного давления и температуры.
Дальнейшие расчеты и эксперименты показывают, что новые материалы содержат дополнительные свойства, включая фотолюминесценцию и высокую плотность энергии, где большое количество энергии может храниться в небольшом количестве массы.
Читайте популярное: Ученые создали умную ткань, которая меняет цвет
Исследователи говорят, что потенциал применения этих ультра-сжимаемых нитридов углерода огромен, что потенциально позиционирует их как совершенные инженерные материалы, которые будут конкурировать с алмазами.
Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, было профинансировано за счет схемы UKRI FLF и европейских исследовательских грантов.
Д-р Доминик Ланиэль, научный сотрудник программы «Будущие лидеры» Института физики конденсированных сред и сложных систем физического и астрономического факультетов Эдинбургского университета, сказал:
«Открытие первого алмаза, который был получен в результате исследования, позволило нам открыть новые возможности в области инженерии. После открытия первого из этих новых материалов на основе нитрида углерода мы не верили, что создали материалы, о которых исследователи мечтали в течение последних трех десятилетий. Эти материалы — мощный стимул для преодоления разрыва между синтезом материалов высокого давления и их промышленным применением».
Доктор Флориан Трибель, доцент кафедры физики, химии и биологии Линчепингского университета, сказал:
«Эти материалы не только поражают своей многофункциональностью, но и демонстрируют, что технологически важные фазы могут быть восстановлены из давления синтеза, эквивалентного условиям, существующим за тысячи километров в недрах Земли. Мы убеждены, что это совместное исследование откроет новые возможности для отрасли».
Ознакомьтесь с другими популярными материалами:
Ученые создали необычного робота для исследования океана
Ученые нашли способ увеличить срок службы аккумуляторов в 10 раз
Создана беспроводная зарядка, которую можно имплантировать в тело
По материалам eurekalert.org.
