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.