Вчені навчилися створювати алмази зниженої крихкості

0
22

Алмаз — самий твердий мінерал в природі. Однак зворотним боком цієї корисної властивості виявляється крихкість: алмазом легко залишити подряпину на склі або сталі, але його так само легко розбити сильним ударом. Тепер команда вчених з китаю і сша продемонструвала метод отримання не таких крихких алмазів. Про це вони пишуть в новій статті, опублікованій в журналі nature.

Твердість і крихкість алмазу надає висока структурна впорядкованість розташування атомів вуглецю в його кристалічній решітці. Вона зберігається і на ближньому порядку, на відстанях, порівнянних з розмірами самих атомів, і на необмеженому далекому порядку. Щоб надати алмазу не настільки високу крихкість без втрати твердості, вчені вирішили отримати структуру, яка зберігає порядок на ближніх і середніх дистанціях, але далекого порядку позбавлена. Такі структури називають паракристаллическими.

ліворуч – кристалічна структура алмазу, праворуч-паракристал / © hu tang

Для їх отримання говард шен (howard sheng) з університету джорджа мейсона і його співавтори внесли зміни в традиційний метод створення штучних алмазів. Зазвичай їх отримують з вуглецю, який піддається надзвичайно сильному стисненню при дуже високій температурі. Щоб позбавити готовий кристал далекого порядку, але зберегти ближні, в вихідний «рецепт» додали фулерени — складні органічні молекули, що мають форми порожнистих сфер, складених вуглецевими багатогранниками.

Вихідні матеріали нагрівали до 900-1300 °с і піддавали тиску до 27-30 гігапаскалей (для порівняння, стандартний атмосферний тиск становить 100 кілопаскалей — в десятки тисяч разів нижче). Виявилося, при таких умовах мікросфери фулеренів колапсують, немов лопнули кульки, вбудовуючись в структуру мінералу. Це призводить до ослаблення далекого порядку в кристалічній решітці і робить її не такою крихкою.

Зауважимо, що рівні тиску і нагрівання, необхідні для нового методу, виявилися навіть нижче, ніж зазвичай потрібно для створення штучних алмазів. Втім, не так давно вчені навчилися отримувати їх навіть при кімнатній температурі.