Вчені створили модифікацію вуглецю, здатну подряпати алмаз

Американські вчені створили нову надтверду форму вуглецю - гібридний матеріал з аморфних компонентів, що перевершує за твердістю та іншим властивостям алмаз, і представили його світу в статті у журналі Science.

"Ми відкрили нову алотропну модифікацію вуглецю, який можна порівняти з алмазом у здатності протистояти тиску. Після перетворення заготівлі в нову форму вуглецю при надвисокому тиску, вона залишається стабільною і в нормальних умовах. Це означає, що цей матеріал можна використовувати в найрізноманітніших практичних цілях" , - пояснив керівник групи фізиків Лін Ванг з Інституту науки Карнегі в Аргонні (США).

Ванг його колеги, в тому числі виходець із Росії Станіслав Сіногейкін, вивчали властивості аморфного вуглецевого матеріалу, відомого під кодовою назвою "вуглець-60". Він нагадує за своєю формою фулерен і є кулькою із сполучених один з одним кілець з п'яти і шести атомів вуглецю.

Вчені розчинили кульки "вуглецю-60" в органічному розчиннику ксилолі, молекули якого складаються з кільця атомів вуглецю і двох метильних хвостів, і розпочали експерименти. Фізики стискали розчин під високим тиском і стежили за тим, як змінюються властивості матеріалу.

При невеликих тисках властивості розчину не змінювалися, однак при досягненні позначки в 32,8 гігпаскалів, або 323 тисячі атмосфер, матеріал пережив структурну перебудову. В результаті цього виник новий, надтвердий матеріал, що не поступається в твердості алмазу. Так, він здатний подряпати поверхню алмазу і витримує тиск, як і його природний "конкурент".

Виявивши такий незвичайний матеріал, Ванг і його колеги вивчили його структуру, освітивши фрагмент нової форми вуглецю за допомогою раманівського спектрографа. Виявилося, що їх дітище було аморфним, а не кристалічним, що було досить несподіваним відкриттям. З точки зору теорії, надміцні матеріали з аморфним пристроєм можуть існувати, проте на практиці такі речовини не були відомі до цього відкриття.

За словами фізиків, підвищення тиску до 32 гігапаскалів привело до часткової деформації сфер "вуглецю-60". Пошкоджені сфери "злиплися" і втратили здатність відновлювати свою форму, в результаті чого цей матеріал набув стійкості при нормальному тиску і температурі.

Молекули розчинника відіграють ключову роль в дивовижних властивостях матеріалу - випарювання ксилолу призвело до руйнування фрагмента нової форми вуглецю. Швидше за все, це пов'язано з тим, що невеликі молекули розчинника підвищують міцність матеріалу, заповнюючи порожнечі, що виникли при деформації "вуглецю-60".

Ванг і його колеги планують створити й інші види схожих матеріалів, змінюючи кількість атомів у вуглецевих "кульках" і форму молекул розчинника. За їхніми словами, це допоможе краще розуміти те, чому дана форма вуглецю має настільки високу міцність.