Ученым удалось превратить стеклоуглерод в эластичный алмаз

Ученым удалось превратить стеклоуглерод в эластичный алмаз
Ученым удалось превратить стеклоуглерод в эластичный алмаз
19 Июл 2017

Ученым удалось превратить стеклоуглерод в эластичный алмаз

Международная команда специалистов из Яньшаньского университета (КНР) и Университета Карнеги (США) создала принципиально новый материал. Его уникальные характеристики открывают широкие возможности для использования в самых разных областях.

За основу взят стеклоуглерод

Новинка была получена путем воздействия на одну из аморфных модификаций углерода — стеклоуглерод. Базовый материал устойчив к коррозии, химически инертен, в вакууме или нейтральном газе не разрушается и начинает плавиться только при температуре 3000 °C.

Твердость стекла сочетается в нем с электропроводностью графита. По своей сути это вещество — переохлажденная жидкость с идеально гладкой поверхностью, как и стекло. Но его нельзя назвать эластичным.

Внутренняя структура материала представляет собой клубок хаотично переплетенных углеродных лент, крепко «сшитых» между собой углеродными связями. Стеклоуглерод успешно используется в атомной энергетике для производства аппаратуры, работающей в особо агрессивных средах.

История открытия

Экспериментируя со стеклоуглеродом, специалисты подвергали его компрессии как при комнатной, так и при экстремально высокой температуре. Все эти попытки приводили к временной трансформации исходного материала. По окончании воздействия стеклоуглерод (в первом случае) снова обретал свое первоначальное строение, а во втором — превращался в нанокристаллические алмазы.

Изменяя силу сжатия и степень нагрева, ученым удалось добиться устойчивого результата: при давлении 250 000 атмосфер и температуре около 952 °C произошло стабильное изменение структуры на молекулярном уровне.

Гибрид графена и алмаза

Изобретенному наноматериалу присвоено рабочее название «сжатый стеклоуглерод» или «стретч-алмаз».

Новый углеродный аллотроп состоит из слоев графена, прочно скрепленных между собой алмазными связями. От графена синтезированному веществу достались легкость, способность к растяжению и электропроводность, а от алмаза он получил знаменитую твердость.

Наличие и графеновых, и алмазоподобных связей обусловило свойства нового материала. Он характеризуется высокой прочностью на сжатие и при этом демонстрирует устойчивое упругое восстановление в ответ на деформации. В ходе дальнейших экспериментов было доказано, что сжатый стеклоуглерод способен выдержать давление в 1.3 млн. атмосфер в одном направлении при одновременном давлении с других сторон в 600 тыс. атмосфер.

Гибкий алмаз значительно легче алюминия — его плотность составляет всего 2 000 кг/м3.



Перспективы использования

Изделия, выполненные из сжатого стеклоуглерода, должны отличаться легкостью, прочностью, упругостью и хорошей проводимостью. Этот уникальный набор полезных качеств востребован во многих сферах: из нового материала можно будет создавать защитную военную экипировку (например, сверхлегкие бронежилеты), корпуса и обшивку космических кораблей и самолетов. Кроме того, планируется использовать его при изготовлении сверхпрочных наковален.

Ученые считают, что стретч-алмаз внесет особый вклад и в развитие электроники.

Физико-механические характеристики синтезированного материала варьируются в зависимости от силы сжатия и степени нагрева стекловидного углерода, что дает возможность получения вещества с заранее заданными параметрами. Исследование свойств новинки будет продолжено. Цель дальнейших экспериментов — получение изотропного сжатого стеклоуглерода, который, как предполагают разработчики, будет прочнее и тверже алмаза.

Один из авторов открытия Чжишэн Чжао (Zhisheng Zhao) выразил уверенность в том, что оттачивание методики синтеза различных форм углерода поможет созданию сверхпрочных и сверхлегких инновационных материалов.

 



Возврат к списку


Заказать Справочник материалов