|
Создали практически неразрушимый алмаз
|
|
|
|
Алмазы действительно вечны — по крайней мере, с геологической точки зрения. Будучи самым твердым природным минералом на Земле, алмазы противостоят ударам времени (а также естественной и химической эрозии) благодаря своей плотной атомной углеродной решетке. По оценкам, для естественного распада алмаза на графит (обе формы чистого углерода) при комнатной температуре потребуется больше времени, чем предполагаемая продолжительность жизни Вселенной.
|
|
|
|
Однако это не означает, что алмазы неразрушимы, потому что, хотя они невероятно тверды, они также довольно хрупки. Алмазы образуются в кубической, или тетраэдрической, решетке, и хотя такое расположение придает алмазу твердость, вдоль этих кубических плоскостей также есть слабые места, которые делают материал восприимчивым к внезапным ударам. Например, если ударить по алмазу молотком, он, скорее всего, расколется на несколько частей.
|
|
|
|
Но, согласно новому исследованию, ученые из Китайской академии наук и Бэйханского университета обнаружили способ упрочнения алмазов, сделав их одновременно твердыми и прочными. С помощью этого нового изобретения исследователи создали материал, который даже прочнее вольфрамовых сплавов — материала, используемого в самых суровых условиях, включая раскаленные печи термоядерных реакторов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Synthesis.
|
|
|
|
|
|
|
Для создания этого нового «супер» алмаза ученые использовали так называемые «многослойные углеродные нанотрубки» (МУНТ), которые были сплетены с алмазными зернами для создания гетерогенной структуры, в которой сеть МУНТ, по сути, сшила любые уязвимости прочности вдоль кубической плоскости. Эти МУНТ представляют собой микроскопические «шнуры», примерно в 10 000 раз меньше толщины человеческого волоса, но, по словам исследователей, в десятки раз прочнее стали.
|
|
|
|
Создание этих волокон было непростой задачей. Ученым потребовалось смешать алмазный порошок, а затем подвергнуть смесь воздействию огромного тепла и давления — примерно 2000 градусов Цельсия при 15 гигапаскалях. Этот идеальный баланс тепла и давления предотвратил превращение нанотрубок в алмазы, одновременно препятствуя их деградации до графита (алмаз и графит — это чистый углерод, различающийся лишь структурой атомных решеток). Как сообщает South China Morning Post, это позволило углеродным нанотрубкам сохранить свою форму, сплавляясь с алмазами на атомном уровне. В результате получился материал с прочностью примерно в пять раз выше, чем у монокристаллического алмаза.
|
|
|
|
«Наши результаты […] дают глубокое понимание механизма упрочнения, включая отклонение трещин, рассеивание напряжений и рассеивание энергии», — пишут авторы в статье. «Эта новаторская стратегия структурной архитектуры представляет собой важную веху в разработке сверхтвердых материалов и композитной керамики, обещая снижение затрат, увеличение срока службы и будущие технические инновации в различных практических областях применения».
|
|
|
|
Не нужно обладать богатым воображением, чтобы представить, какими могут быть эти «практические применения». Алмазы уже являются чрезвычайно важным компонентом при создании прочных режущих инструментов, а синтетический алмаз, обладающий также невероятной прочностью, может найти широкое применение в производстве и аэрокосмической отрасли. В то время как твердость алмаза может быть вечной, с помощью углеродных нанотрубок его прочность вскоре может получить столь же впечатляющую гарантию.
|
|
|
|
Источник
|
