Новости высоких технологий

В центре планеты нашей расы, весят миллиарды тонн, создание электроэнергии, что в три миллиона раз превышает атмосферное давление на поверхности земли. Однако, на прилавке его скромную лабораторию на севере физик Баварии дубровинская Наталья может превысить даже тот сумасшедший пресс несколько раз, благодаря устройству, которое умещается в руке.

Несколько революций в верхней части цилиндра и может создать давление в три раза больше, чем давление в ядре Земли. На удивление, вместе с коллегами из Университета в Байройте, она обнаружила удивительный материал, способный противостоять этому высокую мощность. Он настолько тверд что может оставить вмятину в кристалл алмаза, который уже давно рассматривается как тяжелейший наркотик в мире.

Ее новые вещи-это кульминация десяти лет поисков современных алхимиков, ученых, которые мастерить и возиться с химической структурой вещества, пытаются подстроить и изменить их свойства. Это путешествие было много фальстартов и тупиков. Но последние достижения ученых могут иметь широкие последствия, от прорывов в медицине, чтобы изменить наше понимание дальних миров.

Любовь к человечеству, к твердым телам, и могут быть датированы к началу нашего вида, когда наши предки стали использовать поделочные камни для формирования иного более мягкого камня, что делает их лезвия. Постепенно они были заменены на более твердых металлов около 2000 лет не выпустил первую трубу. Это по-прежнему самое сложное известного материала до 18. века, когда ученые обнаружили, что могут охватывать инструменты, с бриллиантами.

Несмотря на очевидную привлекательность ювелирных изделий, большинство обработанные алмазы используются для создания сверхтвердых покрытий износостойких инструментов и упражнений. В горнодобывающей и нефтяной промышленности алмазного инструмента являются абсолютно необходимыми, без них, чтобы прорваться через сотни метров камня к ценным ресурсам глубоко в земле, было бы очень трудно, если не невозможно.

«Твердой поверхности, что необходимо для различных типов приложений, начиная от высокоскоростных режущих инструментов, глубокого бурения, добычи нефти и газа и заканчивая медико-биологической программе», — говорит Джагдиш Нараян, главный ученый материалами в университете Северной Каролины.

Для того, чтобы понять, что делает материал сложно, нужно смотреть на атомной структуры кристаллов.

Алмазы образуются из тех же атомов углерода, что делает графит мягкий — его можно найти в сердцевинке всех карандаш. Разница между этими двумя формами углерода находится в расположении атомов. Графит формируется из листов из атомов углерода плоские шестигранники удерживаются слабыми силами притяжения между каждым слоем.

В алмазе атомы углерода находятся в форме тетраэдра, что крайне трудно. В сочетании с тем фактом, что углерод образует прочных связей, это приводит к твердости алмаза.

Слово «алмаз», «Адамант», «алмаз», «алмаз» происходит от греческого «Адамас», что означает нерушимый. Но при достаточно высокой разрывы давление и алмаз. Небольшой slabinki в кристалле также могут ослабить ее, сделав алмаз уязвимым к гниению.

И это создает проблему для исследователей: как для изучения поведения материалов при высоких давлениях, даже на самое сложное естественно-происходя материал может быть разрушен? Нужно найти что-то более устойчив.

Ложные надежды

Вряд ли вас удивит, что поиск сверхтвердых материалов начинается с попытки повторить структуру алмаза, но на самом деле, существует не так много предметов, которые способны взаимодействовать друг с другом таким же образом.

Одним из таких материалов является нитрид бора. Как карбон, синтетические материалы доступны в различные формы, но вы можете повторить структуру алмаза путем замены атомов углерода с атомами азота и бора. Впервые создан в 1957 году на основе кубического нитрида бора» было достаточно трудно поцарапать алмаз, как изначально говорилось. Но позже тесты показали, что данный материал-это даже не половина, как и его коллеги на основе углерода.

Последующие десятилетия породило ряд разочарований, когда ученые начали искать пути, чтобы соединить этих трех элементов — азота, бора и углерода в различных формах. Из тонких пленок таких материалов, который был создан в 1972 году и смог создать форма, которая имитирует структуру алмаза, но одним из недостатков было то, что в процесс вовлекаются сложной химии и высоких температур для производства. И только в 2001 году, алмазоподобный нитрид бора был создан учеными Национальной Академии наук Украины в Киеве совместно с коллегами из Франции и Германии. Хотя это novoobrazovany материал был тверже кристаллов кубического нитрида бора, и он все-таки потерял алмаз.

Так, семь лет назад, Чангфенг Чен, физик из Университета Невады, и его коллеги из Шанхайского университета Цзяо Тун в Китае решили, что я смогу свергнуть алмазного пьедестала. Они подсчитали, что странной шестиугольной формы нитрид бора, известный как wurzite нитрида бора выдерживают 18% больше стресса, чем алмаз. Этот редкий материал похож на алмаза и кубического нитрида бора тетраэдрических структур соединений, которые образуются под разными углами. Компьютерное моделирование поведения таких материалов под давлением, показало, что некоторые из этих лент являются гибкими и preorienting до 90 градусов, они оказываются по отношению к напряжению, снять.

Даже если подключение бриллианта таким же образом ответить на пресс, wurzite нитрида бора на 80% тяжелее при более высоком давлении. Загвоздка в том, что это довольно опасно — придется искусственно создавать взрывы, имитирующий условия высокой температуры и давления вулканических извержений. Очевидно, чтобы получить их в достаточном количестве будет сложно. Подобные проблемы ограничивают возможности для исследования вещества, известного как lonsdaleite, которые должны выдерживать 58% больше стресса, чем обычные алмазы.

И только в последние пару лет мы начали видеть некоторые изменения. В 2015 году Джагдиш Нараян и его коллеги из Университета Северной Каролины, топленое номера-кристаллическая форма углерода (стеклоуглерода) — это быстрый лазерный импульс, нагревают до 3700 градусов по Цельсию, а затем быстро охлаждают. Это охлаждение или тушение, привело к созданию М-помет, странно, но очень надежный аморфные формы углерода. В отличие от других форм, это магнитные и светится углерода под воздействием света.

Структура данного материала представлен преимущественно облигациями, типа алмаза, но также имеет от 10 до 15 процентов связей типа графита. Тесты показали, что М-помет может быть как минимум 60% тверже алмаза, но его еще предстоит Утвердить окончательно. Настоящие испытания на твердость, требует сопоставления образцов с наконечником, который тверже, чем материал испытания. Пытаются давить таких как Q-углерода два заточенным алмазным наконечником, есть проблема: алмазный наконечник деформируется.

И здесь может быть полезно сверхтвердых наковальни Дубровинский. Ее новый материал-это уникальная форма углерода, известный как нанокристаллических алмазных шаров, а вместо этого состоит из одной кристаллической решетке атомов углерода, она состоит из множества мелких отдельных кристаллов, каждый 11 000 раз меньше толщины человеческого волоса — связаны между собой графеновых слоя составляет не менее удивительный материал, один атом углерода толщиной.

Если кристалл начинает приносить при давлении 120 гПа, новый материал может выдерживать не менее 460 гПа. Он также может выжить сжатия для генерации давлений до 1000 МПа. Эти маленькие шары не сложнее, чем любое другое известное вещество на планете. Почувствовать его силу, представьте 3000 взрослых африканских слонов, балансируя на одной шпилькой. «Это самая сложная из всех известных сверхтвердых материалов», — говорит Дубровинский.

Нанокристаллические алмазные четки и прозрачны, что позволяет им выступать в качестве маленьких линз, которые исследователи могут заглянуть в Материал razdavlivanija с помощью рентгеновских лучей. «Это дает нам возможность сжатия исследуемого материала и следить за тем, что происходит», — говорит Дубровинский. — Достижение высокого давления открывает новые горизонты для более глубокого понимания дела».

Дубровинская и ее коллеги применили его для изучения осмий, металл, который наиболее устойчив к сжатию в мире. Они обнаружили, что осмий может выдерживать давление на сжатие 750 гПа. На данный момент внутренние электроны, которые обычно тесно связаны с ядром атома металла и является очень стабильным, начинают взаимодействовать друг с другом. Ученые считают, что такое странное поведение может привести к переходу металла из твердого в ранее неизвестное состояние материи. Было бы очень интересно изучить, какие свойства осмия на эту покупку.

Сверхтвердых наноалмазов только позволяют создавать новые режущие кромки для резки металла и камня. В измельченном виде эти наноалмазы используются в косметической промышленности из-за своей высокой впитывающей способностью. Они также легко впитывается в кожу, неся активного вещества. Медицинская отрасль находится в процессе изучения способов использования наноалмазов для передачи лекарственных препаратов, например, в процессе химиотерапии в труднодоступных областях тела. Исследования также показали, что наноалмазы могут способствовать росту костной и хрящевой ткани.

Что самое интересное, эта работа может помочь нам решить некоторые из загадок нашей Солнечной системы. В следующем месяце это будет международная конференция, на которой эксперты обсудят новые возможности. Если в центре Земли давление должно подняться до 360 гПа, в ядре газового гиганта Юпитера, давление может достичь невероятных 4500 гПа.

При этом давлении элементов начинает вести себя странно. Водорода в нормальном состоянии газ ведет себя как металл, к примеру, и способен привести электроэнергию. Дубровинский Дубровинский и надеются, что их сверхтвердые алмазы могут помочь нам воссоздать эти космические условия. «Мы можем моделировать интерьер гигантских планет и внеземных суперземель за пределами нашей Солнечной системы. Еще более удивительно то, что мы можем сделать это с помощью которых они могут держать в руках».

Кристалл, который может раздавить алмаз: в поисках твердого материала
Илья Весь

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.