Российские ученые придумали, как создавать рекордно твердые материалы
Специалисты нескольких российских научных центров нашли способ создания полимерных материалов, обладающих твердостью, значительно более высокой, чем у алмаза. Результаты этой работы, опубликованной в журнале Carbon, могут стать основой нового направления в материаловедении.
Исследователи из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Троицке (ТИСНУМ), МФТИ, МИСиС и МГУ разработали новый метод синтеза ультратвердого углеродного материала — фуллерита, который сейчас занимает первое место в перечне самых твердых материалов. С практической точки зрения эта твердая форма углерода интересна в первую очередь специалистам по обработке металлов и других материалов.
Фуллериты состоят из фуллеренов С60 — молекул углерода в виде сфер, образованных 60 атомами. Эти сферы в составе фуллерита могут быть по-разному "упакованы", и твердость материала очень сильно зависит от того, как именно они связаны между собой.
В открытом российскими учеными фуллерите молекулы С60 связаны друг с другом во всех направлениях — этот материал ученые называют трехмерным полимером.
Однако методов, позволяющих получать это перспективное вещество в промышленных масштабах, пока не существует, так как для этого требуется очень высокое давление, как минимум 130 тысяч атмосфер, которое современная техника не позволяет достичь.
В нынешней работе показано, как можно обойти эту трудность. Для этого надо добавить к исходной смеси реагентов сероуглерод, который играет роль катализатора в синтезе фуллерита. Оказалось, что при этом образование сверхтвердого материала идет при меньшем давлении, 80 тысяч атмосфер, вдобавок при комнатной температуре.
Открытие, описанное в статье, создает новое направление в области материалов, поскольку существенно снижает давление синтеза и позволяет промышленно производить фуллерит и его производные, пояснил ведущий автор исследования, заведующий лабораторией функциональных наноматериалов в ТИСНУМ Михаил Попов.
Комментарии
У оного фуллерита, уверяют, твердость в районе (200–300 GPa), а у алмаза 150 GPa.
"Сверхтвердые фуллериты (3D-полимеризованный C60) с (200-300 ГПа) твердостью и (500-1000 ГПа) объемным модулем упругости превышают их у алмаза (150 и 443 ГПа, соответственно) [1-7], но существуют в количествах, пригодных только для лабораторных испытаний." (Из введения к данной статье.)
Разумеется, получают очень тонкую таблеточку материала, и лишь спектрально (микро-Раман) определяют "полимерные" участки.
Похоже, что о его твердости судят лишь по квантовохимическим рассчетам и следам, оставляемым его крупинками на алмазных наковальнях.
V. Blank, M. Popov, S. Buga, V. Davydov, V. Agafonov, R. Ceolin, et al., Is C 60 fullerite harder than diamond? Phys Lett A, 188 (1994), pp. 281–286
И еще: квантово-хим. расчеты - это ж на основе того, что что-то меняется относительно равномерно, чтобы был ряд, чтобы можно было составить таблицу констант. А тут - всё сразу новое, скачком. Чем аппроксимируют волновые функции? Или я что-то не так понимаю?
2) Фуллерит - полимер, а у полимеров есть еще вторичная структура - полимерные цепи могут быть аккуратно уложены, что называют кристаллической частью полимера. Часто одна и та же молекула полимера участвует как в аморфной, так и в кристаллической части (длинные-с).
Пойдите по указанным мною ссылкам - и сможете (думаю) прочитать про предполагаемую вторичную структуру фуллерита.
3)Квантово-химические рассчеты сейчас (с появлением адекватных вычислительных мощностей) делаются совсем иначе.
Если очень обще, то располагают атомы в заранее заданную структуру, и рассчитывают электронную конфигурацию, пользуясь уравнением Шредингера (ну, на деле вся именно математическая работа малость сложнее). Потом немного меняют расположение атомов, и вновь считают. И т.д.
Сравнивая энергии разных конфигураций, находят структуру с минимальной, и это считается "настоящей молекулой" или "настоящим твердым телом". Зная расположение атомов и электронный спектр, не составляет уже труда рассчитать и все интересующие свойства (твердость, проводимость, спектры, и т.д.)
Слушайте, а может, Вы можете помочь. Вот в 70-е группа Франк-Каменецкого обнаружила крутильные колебания ДНК, облучали пикосекундным лазером и получали излучение в районе гигагерц. То есть - это какие-то дипольные там, квадрупольные зарядовые колебания - классические? Или это как-то квантуется? Или: если ДНК, представим, квазикристалл, допустимо ли описание крутильного колебания как фонона? Далее, скажем, если это будет спектр поглощения - каков механизм? Раскачка тех же зарядов, диполей-квадруполей? Как, скажем, в ИК-спектрах воды?
Просто 25 лет не притрагивался к физике, потому рефлексы утеряны... В общем, как говорил Гинзбург, три минуты позора, зато год спокойствия
Да кто же им дасть? Вопрос с заменой нефти давно решен. Только вот тех, кто решил, давно уж нет в живых, если их не покидала мысль довести свои открытия до серийного производства. А иные, отказавшиеся от производства, Живут себе и не вспоминают о своих открытиях. Получили свои 168 лимонов гринов и спокойно живут себе.
Например? Ну, вот, из ныне живущих: Герой Соцтруда, волгоградец, Владлен Соболев. А сколько было шума в 2001 году. На весь мир пресс-конференции устраивали. Каждому по 10-тикиловатнику бесплатной энергии обещал... Получил из рук Путина и Премьера Канады договор на 168 млн гринов и заткнулся.