Откройте секрет самого твердого материала на планете, тверже алмаза.

Российские ученые только что разработали новую модель материала на основе кристаллов фуллерена с чрезвычайно высокой механической твердостью, даже превышающей твердость алмаза.

Это открытие открывает возможности для углубления наших знаний о фуллереновых материалах, продвижения исследований в этой области и может помочь в синтезе сверхтвердых материалов для перерабатывающей промышленности.

Группа исследователей из Российского национального исследовательского технологического университета (МИСиС), Института технологий новых углеродных и сверхтвёрдых материалов (ИТНСМ) и ряда других российских университетов и научно-исследовательских институтов выяснила, как кристаллы фуллерита превращаются в сверхтвёрдый материал, в несколько раз превосходящий алмаз. Группа также разработала модель структуры этого особого материала.

Исследование по этому вопросу опубликовано в журнале Carbon.

Фуллерит — это молекулярная кристаллическая структура с «решеткой» молекул фуллерена.

Фуллерены — это новый тип молекул, в которых атомы образуют полую сферу. Углеродные сферы в фуллерите могут быть расположены различными способами, хотя твёрдость материала во многом зависит от того, как соединены фуллерены.

Модель фуллерита в алмазе. (Источник фото: Sputnik).

Учёные по всему миру создали модели полимеризации (в процессе создания полимера низкомолекулярное вещество присоединяется к активному центру полимерной молекулы) для превращения фуллеренов в фуллериты. Ранее было непонятно, почему полученные материалы обладают сверхтвёрдостью, что было обнаружено в некоторых экспериментах. Российским учёным удалось объяснить этот процесс.

Российские исследователи окружили кристаллическую структуру фуллерита монокристаллическим алмазом, а затем изучили соединение, которое из него образовалось.

Гипотеза российских исследователей заключается в том, что сжатие фуллерита при высоких температурах превращает часть фуллеренов в поликристаллические алмазы, а другая часть остается в сжатом виде (SH-фаза).

По расчетам российских ученых, фуллерит внутри алмаза должен быть сжат, так как сжатие повышает его упругость и механические свойства, а алмазная оболочка удерживает фуллерит на месте и сохраняет его свойства.

«В отличие от алмаза, фуллерит не является монокристаллическим материалом. В обычных условиях этот материал абсолютно мягкий. Однако в процессе 3D-полимеризации под высоким давлением его прочность на сжатие и твёрдость значительно возрастают, и материал становится сверхтвёрдым. Фуллерит способен увеличить прочность алмазной поверхности на сжатие до 310 ГПа. Мы полагаем, что эти свойства обусловлены сжатым состоянием фуллерита», — отметил доктор физико-математических наук Павел Сорокин.

Доктор Сорокин руководит проектом по теоретическому материаловедению «Инфраструктура наноструктур» в лаборатории неорганических наноматериалов МИСиС. Он также заведует лабораторией в Институте технологий новых и сверхтвёрдых углеродных материалов в Москве.

Исследователи полагают, что вскоре им удастся разгадать тайну сверхтвёрдых материалов. Результаты компьютерного моделирования могут помочь создать более прочные варианты на основе фуллерита и производить их в достаточно больших количествах, чтобы удовлетворить спрос и заменить алмаз в качестве основного углеродного материала, используемого в современной перерабатывающей промышленности.

По данным ВОВ