Uventet nyt materiale er slukket til omgivelsestryk

Forskere fra National University of Science and Technology MISIS sammen med kolleger fra Tyskland og Sverige opnåede et resultat, der virkede umuligt. Forskerne formåede at skabe ved ultrahøjt tryk et nyt materiale, der bevarer dets struktur og egenskaber selv under normalt atmosfærisk tryk. I øvrigt, det viste sig, at det kan genskabes i mere "trivielle" laboratorieforhold via komplekse kemiske reaktioner. Resultaterne af eksperimentet sammen med deres teoretiske forklaring er præsenteret i Naturkommunikation .

For flere år, et internationalt team af forskere fra NUST MISIS, University of Bayreuth (Tyskland) og University of Linköping (Sverige) har arbejdet på at søge efter nye superhårde modifikationer af overgangsmetaller carbider og nitrider ved ultrahøjt tryk. Sådanne metaller har høj hårdhed og et højt smeltepunkt, så de bruges til fremstilling af varmebestandige legeringer, skæreværktøj, høj temperatur sensorer, og syre- og alkaliresistente beskyttende belægninger. Oprettelsen af ​​mere avancerede superharde ændringer vil bringe brugen af ​​sådanne materialer til et fundamentalt nyt niveau.

Tidligere eksperimenter har bevist evnen til at skabe ændringer af overgangsmetaller nitrider, der er "umulige" for jordforhold, men disse ændringer "gik i opløsning", når trykket faldt. Det næste metal udsat for ultrahøjt tryk var rhenium. Dette viste sig at være et gennembrud:det materiale, der blev modificeret ved sådant tryk, har bevaret sin nye struktur og egenskaber ved konventionelle "rum" -forhold.

I et vist omfang, kompleksiteten af ​​sådan forskning kan sammenlignes med et golfspil, hvor hullet er placeret på en stejl bakke, og man behøver ikke kun at synke bolden, men også for at holde det inde.

Under forsøget, rhenium og nitrogen blev anbragt i en diamantambolt. Derefter blev ambolten komprimeret samtidigt med en laser, der opvarmede den til over 2000 Kelvin (> 1700 ° C). Som resultat, ved tryk fra 40 til 90 GPa (fra 400 til 900 tusinde Jordas atmosfærer), der blev opnået en særlig monokrystallinsk struktur, dvs. rheniumpernitrid og to nitrogenatomer (rheniumnitridpernitrid).

"Rhenium er næsten ukomprimerbar som sådan, da dens bulkmodul er omkring 400 GPa. Efter ændringen, den steg til 428 GPa. For at sammenligne med, bulkmodulet af diamant er 441 GPa. I øvrigt, takket være nitrogenkomponenter, hårdheden af ​​rheniumpernitrid steg 4 gange, til 37 GPa. Normalt, materialer opnået ved ultrahøje tryk kan ikke bevare deres egenskaber efter ekstraktion fra diamantambolten, men denne gang blev vores kolleger glædeligt overrasket. Selvfølgelig, dette resultat krævede forklaring, så vi modellerede processen på vores supercomputer. De teoretiske resultater bekræftede de eksperimentelle data og gav og forklarede både det nye materiales usædvanlige egenskaber og muligheden for dets syntese ikke kun i ekstreme tilfælde, men også under normale jordforhold, "Igor Abrikosov, Professor, videnskabelig rådgiver for materialemodellerings- og udviklingslaboratorium hos NUST "MISIS, "Leder af afdelingen for teoretisk fysik ved Institut for Fysik, Kemi og biologi, Linköpings universitet, forklarer.

Ja, det er vigtigt at forstå, at diamantambolten kun kan bruges til forsøg, da den er meget lille, kompleks og dyr. Derfor besluttede forskere at udvikle en teknologi, der gør det muligt at genskabe denne nye ændring under mere "trivielle" forhold. Efter at have forstået de processer, der forekommer i materialet ved ultrahøje tryk, forskere var i stand til at beregne og udføre en kemisk reaktion med ammoniumazid i en stor volumenpresse på 33 GPa. Nu hvor eksistensen af ​​en sådan ændring er bevist teoretisk og eksperimentelt, andre måder at få det på kan testes, for eksempel, aflejring af tynde film.

Tidligere har forskere har bevist, at man kan skabe "forbudte" ændringer af berylliumoxid, silica og en række nitrider, samt at transformere isolerende hæmatit til en leder. Alt dette skete ved pres hundredtusinder (og nogle gange millioner) gange højere end atmosfæriske.