Вчені розв’язали головоломку, яка тривала десятиліттями, і відкрили майже незламну речовину, яка може конкурувати з алмазом за звання найтвердішого матеріалу на Землі
Вчені відкрили супертвердий матеріал, що не поступається алмазу Фото: freepik.com
Дослідники виявили, що коли прекурсори вуглецю та азоту піддавалися екстремальному нагріванню і тиску, отримані матеріали — відомі як нітриди вуглецю — були міцнішими за кубічний нітрид бору, другий за твердістю матеріал після алмазу.
Цей прорив відкриває двері для багатофункціональних матеріалів, які будуть використовуватися в промислових цілях, включаючи захисні покриття для автомобілів і космічних кораблів, високоміцні ріжучі інструменти, сонячні батареї і фотодетектори, кажуть експерти.
Дослідники матеріалів намагаються розкрити потенціал нітридів вуглецю з 1980-х років, коли вчені вперше звернули увагу на їхні виняткові властивості, зокрема високу термостійкість.
Проте після більш ніж трьох десятиліть досліджень і численних спроб їхнього синтезу не було отримано жодного достовірного результату.
Тепер міжнародна команда вчених на чолі з дослідниками з Центру науки в екстремальних умовах Единбурзького університету та експертами з Університету Байройта, Німеччина, і Університету Лінчепінга, Швеція, нарешті досягла прориву.
Цікаве по темі: Вчені створили пристрій, що перетворює думки людини на текст
Команда піддала різні форми прекурсорів вуглецевого азоту тиску від 70 до 135 гігапаскалів — приблизно в мільйон разів більшому за атмосферний тиск — при одночасному нагріванні до температури понад півтори тисячі градусів за Цельсієм.
Щоб визначити атомну будову сполук за таких умов, зразки опромінювали інтенсивним рентгенівським променем на трьох прискорювачах частинок — Європейському синхротронному дослідницькому центрі у Франції, Німецькому електронно-синхротронному центрі в Німеччині та Advanced Photon Source, що базується в США.
Дослідники виявили, що три сполуки нітриду вуглецю мають необхідні будівельні блоки для надтвердості.
Примітно, що всі три сполуки зберегли свої алмазоподібні властивості, коли вони повернулися до умов атмосферного тиску і температури.
Подальші розрахунки та експерименти показують, що нові матеріали містять додаткові властивості, включаючи фотолюмінесценцію та високу густину енергії, де велика кількість енергії може зберігатися в невеликій кількості маси.
Читайте популярне: Науковці створили розумну тканину, яка змінює колір
Дослідники кажуть, що потенціал застосування цих ультра-стисливих нітридів вуглецю величезний, що потенційно позиціонує їх як досконалі інженерні матеріали, які конкуруватимуть з алмазами.
Дослідження, опубліковане в журналі Advanced Materials, було профінансовано за рахунок схеми UKRI FLF та європейських дослідницьких грантів.
Д-р Домінік Ланіель, науковий співробітник програми «Майбутні лідери» Інституту фізики конденсованих середовищ і складних систем фізичного та астрономічного факультетів Единбурзького університету, сказав:
«Відкриття першого алмазу, що був отриманий в результаті дослідження, дозволило нам відкрити нові можливості в галузі інженерії. Після відкриття першого з цих нових матеріалів на основі нітриду вуглецю ми не вірили, що створили матеріали, про які дослідники мріяли протягом останніх трьох десятиліть. Ці матеріали — потужний стимул для подолання розриву між синтезом матеріалів високого тиску та їх промисловим застосуванням».
Доктор Флоріан Трібель, доцент кафедри фізики, хімії та біології Лінчепінгського університету, сказав:
«Ці матеріали не тільки вражають своєю багатофункціональністю, але й демонструють, що технологічно важливі фази можуть бути відновлені з тиску синтезу, еквівалентного умовам, що існують за тисячі кілометрів у надрах Землі. Ми переконані, що це спільне дослідження відкриє нові можливості для галузі».
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Вчені створили незвичайного робота для дослідження океану
Вчені знайшли спосіб збільшити термін служби акумуляторів у 10 разів
Створено бездротову зарядку, яку можна імплантувати в тіло
За матеріалами eurekalert.org.
