Разработан новый метод синтеза ультратвердого фуллерита, который по твердости превосходит алмаз. Способ, позволяющий синтезировать этот материал, описан российскими учеными из Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов в Троицке, МФТИ, МИСиС и МГУ в журнале Carbon. Кратко же с выводами ученых можно ознакомиться на сайте МФТИ.
Ученые показали, что при создании материала добавление к смеси реагентов сероуглерода играет роль катализатора в синтезе фуллерита. За счет сероуглерода образование ценного сверхтвердого материала становится возможным при достаточно малом давлении — 8 гигапаскалей (ГПа), причем при комнатной температуре, в то время как предыдущие попытки синтезировать фуллерит при 13 ГПа требовали нагрева свыше 820 градусов Цельсия.
В статье исследователи отмечают, что алмаз уже давно не является самым твердым материалом. Натуральные алмазы имеют твердость около 150 гигапаскалей, в то время как ультратвердый фуллерит, занимающий первое место в перечне самых твердых материалов, обладает твердостью от 150 до 300 ГПа.
Ультратвердые — это все материалы, которые превосходят по твердости алмаз; материалы мягче алмаза, но тверже нитрида бора, обозначают как сверхтвердые. Фуллериты — это материалы, состоящие из фуллеренов, молекул в виде сфер из атомов углерода. Первый фуллерен — бакминстерфуллерен — синтезирован в 1985 году, за его открытие в 1996-м была присуждена Нобелевская премия по химии. Углеродные сферы в составе фуллерита могут быть по-разному упакованы, и твердость материала очень сильно зависит от того, как именно они связаны между собой.
Алмазные наковальни, деформированные при синтезе ультратвердого фуллерита
Изображение: МФТИ
Тем не менее материал в промышленных масштабах пока не получают. Невозможность его синтеза в больших количествах обусловлена очень высоким давлением, которое необходимо создать для начала реакции. Образование трехмерного полимера начинается при давлении от 13 ГПа, или 130 тысяч атмосфер, а создать такое давление в большом объеме современная техника не позволяет. Таким образом, новый метод синтеза может помочь поставить производство ультратвердого фуллерита на поток.
«Открытие, описанное в статье, создает новое направление в области материалов, поскольку существенно снижает давление синтеза и позволяет промышленно производить этот материал и его производные», — рассказывает ведущий автор исследования, заведующий лабораторией функциональных наноматериалов в ФГБНУ «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» Михаил Попов.