Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойНаукаГоловоломка решена: новый почти неразрушимый материал по твердости может конкурировать с алмазом

Головоломка решена: новый почти неразрушимый материал по твердости может конкурировать с алмазом

- Advertisement -

Ученые открыли новый класс материалов — нитриды углерода, которые по твердости могут соперничать с алмазами. Это открытие, ставшее результатом международного сотрудничества и десятилетий исследований, открывает возможности для различных промышленных применений благодаря их долговечности и другим свойствам, таким как фотолюминесценция и высокая плотность энергии. Этот прорыв, финансируемый международными грантами и опубликованный в журнале Advanced Materials, знаменует собой значительный прогресс в области материаловедения.

Ученые решили загадку, которая длилась десятилетиями, и открыли практически неразрушимое вещество, которое может конкурировать с алмазом как самым твердым материалом на Земле, говорится в исследовании.

Исследователи обнаружили, что когда предшественники углерода и азота подвергались воздействию экстремальной температуры и давления, полученные материалы, известные как нитриды углерода, были прочнее, чем кубический нитрид бора, второй по твердости материал после алмаза.

Раскрытие потенциала нитридов углерода

По словам экспертов, 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 панели и фотодетекторы, говорят эксперты.

Исследователи материалов пытались раскрыть потенциал нитридов углерода с 1980-х годов, когда ученые впервые заметили их исключительные свойства, в том числе высокую устойчивость к нагреву.

Однако после более чем трех десятилетий исследований и многочисленных попыток их синтеза никаких заслуживающих доверия результатов получено не было.

Международное сотрудничество ведет к успеху

Теперь международная группа ученых, возглавляемая исследователями из Центра науки об экстремальных условиях Эдинбургского университета и экспертами из Университета Байройта, Германия, и Университета Линчепинга, Швеция, наконец добилась прорыва.

Команда подвергла различные формы прекурсоров углерода и азота давлению от 70 до 135 гигапаскалей — примерно в миллион раз превышающему наше атмосферное давление — и нагрела их до температур более полутора тысяч градусов. Цельсия.

Для идентификации атомного расположения соединений в этих условиях образцы облучались интенсивным рентгеновским лучом на трех ускорителях частиц – Европейском центре синхротронных исследований во Франции, Deutsches Elektronen-Synchrotron в Германии и Advanced Photon Source на базе В Соединенных Штатах.

Последствия нового открытия

Исследователи обнаружили, что три соединения нитрида углерода содержат необходимые строительные блоки для сверхтвердости.

Примечательно, что все три соединения сохранили свои алмазоподобные свойства, когда вернулись в условия давления и температуры окружающей среды.

Дальнейшие расчеты и эксперименты показывают, что новые материалы обладают дополнительными свойствами, включая фотолюминесценцию и высокую плотность энергии, при которых большое количество энергии может храниться в небольшом количестве массы.

Исследователи говорят, что потенциальное применение этих сверхнесжимаемых нитридов углерода огромно, что потенциально позволяет позиционировать их как совершенные конструкционные материалы, способные конкурировать с алмазами.

Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, финансировалось за счет схемы UKRI FLF и европейских исследовательских грантов.

Доктор Доминик Ланиэль, научный сотрудник Института физики конденсированных сред и сложных систем Школы физики и астрономии Эдинбургского университета, сказал: «После открытия первого из этих новых материалов из нитрида углерода мы не поверили, что смогли произвести Исследователи материалов мечтали о них последние три десятилетия. Эти материалы создают мощный стимул для преодоления разрыва между синтезом материалов под высоким давлением и промышленным применением».

Доктор Флориан Трибель, доцент кафедры физики, химии и биологии Линчепингского университета, сказал: «Эти материалы не только выдающиеся в своей многофункциональности, но и показывают, что технологически важные фазы могут быть восстановлены при давлении синтеза, эквивалентном давлению условия обнаружены на тысячах километров в недрах Земли. Мы твердо верим, что это совместное исследование откроет новые возможности в этой области».

Ссылка: «Синтез ультранесжимаемых и извлекаемых нитридов углерода с тетраэдрами CN4», Доминик Ланиэль, Флориан Трибель, Андрей Асландуков, Саяна Хандархаева, Тимофей Федотенко, Юцин Инь, Нобуёси Миядзима, Ференц Таснади, Алена Пономарева, Нитьясагар Йена, Фария Ясмин Акбар, Бьорн Винклер, Адриен Нери, Стелла Харитон, Виталий Прокапенка, Виктор Мильман, Вольфганг Шник, Александр Н. Руденко, Михаил И. Кацнельсон, Игорь Абрикосов, Леонид Дубровинский и Наталья Дубровинская. Передовые материалы.
DOI: 10.1002/adma.202308030

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме