Ученые открыли новый класс материала — карбонитрид, твёрдый как алмаз. Это открытие, ставшее результатом международного сотрудничества и десятилетий исследований, открывает возможность широкого промышленного применения благодаря его долговечности и другим свойствам, таким как фотолюминесценция и высокая плотность энергии. Этот прорыв, финансируемый международными фондами и опубликованный в журнале Advanced Materials, знаменует собой крупный прогресс в науке о материалах.
Ученые решили загадку, возникшую десятилетия назад, и открыли практически неразрушимое вещество, которое может соперничать с алмазом как самый твердый материал на Земле, говорится в исследовании.
Исследователи обнаружили, что когда предшественники углерода и азота подвергаются экстремальному нагреву и давлению, полученный материал — карбонитрид — тверже, чем кубический нитрид бора, второй по твердости материал после алмаза.
Эксперты говорят, что этот прорыв открывает двери для промышленного применения этого универсального материала, включая защитные покрытия для автомобилей и космических кораблей, высококачественные режущие инструменты, солнечные панели и фотодетекторы.
Исследователи материалов пытались раскрыть потенциал карбонитридов с 1980-х годов, когда ученые впервые заметили их особые свойства, в том числе высокую термостойкость.
Однако после более чем тридцати лет исследований и многочисленных попыток синтеза достоверных результатов так и не было получено.
Международное сотрудничество приносит успех
Теперь международная команда ученых, в которую входят исследователи из Центра науки об экстремальных условиях Эдинбургского университета, эксперты из Университета Байройта в Германии и Университета Линчёпинга в Швеции, наконец, совершили прорыв.
Команда поместила различные формы прекурсоров углерода и азота под давление от 70 до 135 гигапаскалей (приблизительно в миллион раз атмосферное давление), нагревая их до более чем 1500 градусов по Цельсию.
Чтобы определить атомное расположение этих соединений в этих условиях, образцы были освещены интенсивными пучками рентгеновских лучей на трех ускорителях частиц — Европейском исследовательском центре синхротрона во Франции, Немецком электронном синхротроне в Германии и Advanced Photon Source в США.
Исследователи обнаружили, что существует три соединения нитрида углерода, которые содержат строительные блоки, необходимые для сверхтвердости. Примечательно, что три соединения сохранили свои алмазоподобные свойства при возвращении в условия давления и температуры окружающей среды. Дальнейшие расчеты и эксперименты показали, что эти новые материалы обладают и другими свойствами, в том числе фотолюминесценцией и высокой плотностью энергии.
Исследователи говорят, что эти сверхсжатые карбонитриды имеют широкий спектр потенциальных применений и могут стать конечным конструкционным материалом, сравнимым с алмазом.
Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, финансировалось программой FLF Королевского института и Европейским исследовательским фондом.
Доктор Доминик Ланиэль, научный сотрудник Института физики конденсированных сред и сложных систем Школы физики и астрономии Эдинбургского университета, сказал: «Открывая первый новый материал из нитрида углерода, мы не верим, что материал, о котором исследователи мечтали последние три десятилетия, наконец-то доступен. Эти материалы дают мощный импульс для преодоления разрыва между синтезом материалов высокого давления и промышленным применением».
Доктор Флориан Трибель, доцент кафедры физики, химии и биологии Университета Линчёпинга, сказал: «Эти материалы не только демонстрируют удивительную универсальность, но и показывают, что технологически важные фазы материи могут быть восстановлены из условий синтетического давления, эквивалентных тысячам километров внутри Земли. Мы убеждены, что это совместное исследование откроет новые возможности в этой области».
Источник составления: ScitechDaily.