Ученые получили свехтвердый материал, превосходящий по прочности алмазы

Новый материал превосходит по твердости другую углеродную субстанцию – алмазы, которые считаются наиболее прочными материалами природного происхождения. Результаты этой работы американских исследователей найдут свое применение в разных практических отраслях: от производства специализированного промышленного оборудования (к примеру, в ювелирном деле, ведь новый материал можно использовать для обработки алмазов)   до научной электроники.

Исходная структура углерода-60, состоящая из сфер, (слева) и сверхтвердое вещество, образованное аморфными кластерами, полученными из сфер под высоким давлением (справа). Синим цветом показан ксилол

Углерод является четвертым по степени распространенности во вселенной элементом и может существовать в одной из нескольких изученных форм: обычного графита, алмазов, графена, примечательного своей «сотовой» структурой, цилиндрических нанотрубок и полых сфер – фуллеренов.

Некоторые из этих форм углерода представляют собой кристаллическую  решетку, то есть систему, состоящую из множества одинаковых повторяющихся элементов (в случае с графеном это правильные шестиугольники).  Другие формы углерода имеют аморфную, иными словами беспорядочную структуру. «Гибридные» формы, которые обладают как кристаллическими, так и аморфными свойствами, ранее не удавалось воспроизвести, хотя ученые предполагали, что подобные формы все же можно создать.

Отметины на алмазном прессе, оставленные новым, сверхтвредым материалом

Команда исследователей под руководством Лин Ванга (Lin Wang) из Института Карнеги (Carnegie Institution for Science) начинала свою работу с вещества, называющегося «углеродом-60»: структуры, содержащей полые шароподобные углеродные образования, состоящие в свою очередь из соединенных между собой пентагональных или гексагональных «колец». Пространство между сферами углерода-60 наполнялось жидким растворителем на основе ксилола, который и формировал новую структуру. Затем на эту, смешанную субстанцию воздействовали, создавая область повышенного давления, чтобы отследить возможные изменения.

При сравнительно низком давлении, структура углерода-60 почти не менялась, однако по мере увеличения давления, углеродные сферы трансформировались в более аморфные кластеры, которые тем не менее продолжали занимать свои изначальные места в исходной системе-решетке. Исследователи обнаружили, что новая углеродная субстанция образуется под давлением в 320000 атмосфер, причем ее компоненты сохраняют аморфные свойства и после возвращения давления в норму.

Новый материал оказался настолько твердым, что даже оставил отметины на алмазном прессе, использовавшемся для создания высокого давления. Теперь ученые намерены выяснить, как повлияют на свойства гибридного материала другие типы растворителей.