Учени разрешиха озадачаващ ги от десетилетия пъзел и представиха почти нечупливо вещество, което може да съперничи на диаманта като най-твърдия материал на Земята, съобщи Phys.org.
Авторите на настоящото изследване са установили, че когато прекурсори на въглерода и азота бъдат подложени на екстремна топлина и налягане, получените материали, известни като въглеродни нитриди, са по-твърди от кубичния борен нитрид - втория по твърдост материал след диаманта.
Експериментално доказателство за свръхтвърдостта на полиморфите на C3N4 (образец № 4), които вдлъбнаха повърхността на диамантените наковални. a) Изображение на една от диамантените наковални под оптичен микроскоп (червени правоъгълници маркират областите, визуализирани чрез сканиращ електронен микроскоп (СЕМ)) в (b,c). Източник: Advanced Materials (2023). DOI: 10.1002/adma.202308030
Постигнатият пробив отваря врати за многофункционални материали, които могат да бъдат използвани за промишлени цели, включително защитни покрития за автомобили и космически кораби, режещи инструменти с висока издръжливост, слънчеви панели и фотодетектори, отбелязват експертите, пише БТА. Учените се опитват да отключат потенциала на въглеродните нитриди още от 80-те години на миналия век, когато за първи път забелязват техните изключителни свойства, включително висока устойчивост на топлина.
Въпреки това, след повече от три десетилетия изследвания и многобройни опити за синтезирането им, така и не са докладвани достоверни резултати.
Сега международен екип от учени под ръководството на изследователи от Единбургския университет и експерти от университета на Байройт, Германия, и университета на Йоншьопинг, Швеция, най-накрая е успял да постигне пробив.
За целите на изследването прекурсори на въглерода и азота са били подложени на екстремна топлина (над 1500 градуса Целзий) и налягане (между 70 и 135 гигапаскала).
За да се определи атомното подреждане на съединенията при тези условия, пробите са били осветени от интензивен рентгенов лъч в три ускорителя на частици.
Изследователите са открили, че три съединения на въглеродния нитрид притежават необходимите градивни елементи за свръхтвърдост.
Забележителното е, че и трите съединения са запазили качествата си, наподобяващи тези на диамантите, когато са се върнали към обичайното налягане и температура.
По-нататъшни изчисления и експерименти са показали, че новите материали имат допълнителни свойства, включително фотолуминесценция и висока енергийна плътност.
Изследователите смятат, че потенциалът на въглеродните нитриди е огромен, като те могат да се превърнат в най-добрите инженерни материали, конкуриращи диамантите.
Изследването е публикувано в сп. Advanced Materials.
