Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Йоюнь Тянь (Yongjun Tian) и его коллеги получили алмаз, нагревая «углеродные луковицы» (carbon onions) – концентрические сферические фуллерены, инкапсулированные друг в друга, при температуре 2000°C и давлении 25 ГПа. Твердость получившегося в результате алмаза составляет около 200 ГПа, и он сохраняет устойчивость до температур, около 1000°C, что примерно на 200°C выше, чем термическая устойчивость обычного алмаза.
Тянь заявляет, что исследователи десятилетиями мечтали о синтезе новых материалов, проявляющих твердость большую, чем твердость природного алмаза. Обычный подход заключался в получении все меньших и меньших зерен, сохраняющих микроструктуру алмаза. При этом границы раздела между зернами действуют как внешняя поддержка, упрочняющая материала. Алмазы, содержащие зерна с диаметром в десятые доли нанометра, были получены за счет нагревания графита при высоких температурах.
Однако суперспособности алмазов, полученных в группе Тяня, обуславливаются ультратонкими структурами в зернах – наноблизнецами (nanotwins) – крошечными кристаллическими сегментами, являющихся отражением друг друга в границах раздела. Наноблизнецы не только способствуют увеличению жёсткости, но дают материалу устойчивость к сжатию, что делает алмаз устойчивее к окислению, позволяя ему выдерживать действие более высоких температур.
Ранее уже предпринимались попытки синтеза алмазов из наноблизнецов, однако все эти попытки были безуспешны. Исследователи из группы Тяня совершили прорыв, взяв в качестве исходных веществ углеродные луковицы. Как поясняет китайский исследователь, для образования структур-наноблизнецов должны выполняться два условия – высокая степень нуклеации и низкая скорость роста. Прекурсоры – углеродные луковицы, применявшиеся в этом исследовании, содержат идеальные центры нуклеации для образования алмаза, а также обеспечивают нужную скорость образования нуклеатов.
Исключительная твердость и термическая стабильность новой формы алмаза может сделать его идеальным материалом для изготовления промышленных или научных инструментов (например, алмазных наковален), которые могут работать даже при очень высоких температурах. Тянь и коллеги в настоящее время работают над понижением давления, необходимого для получения супералмаза, используя углеродные луковицы с более однородной структурой. Исследователи надеются, что им удастся подобрать условия, которые позволят получать сверхтвердые супералмазы в промышленных объемах.