В центре породы нашей планеты весом в миллиарды тонн, создание электроэнергии, что в три миллиона раз превышает давление воздуха на поверхности. Однако, на прилавке его скромную лабораторию на севере Баварии физик дубровинская Наталья может превысить даже это сумасшедшее давление в несколько раз, благодаря устройству, которое умещается в руке.
Больше оборотов винта в верхней части цилиндра и может создать давление в три раза больше, чем давление в ядре Земли. На удивление, вместе с коллегами из Университета байройт, был обнаружен удивительный материал, способный выдерживать эту феноменальную силу. Он настолько тверд что может оставить вмятину в кристалл алмаза, который издавна считается самым твердым материалом в мире.
Ее новые вещи-это кульминация десяти лет поисков современных алхимиков, ученых, которые мастерить и возиться с химическим составом веществ, пытается адаптироваться и менять свои свойства по мере необходимости. Это трек, который имеет много фальстартов и погибает. Однако последние достижения ученых может иметь широкие последствия, от достижений в области медицины, чтобы изменить наше понимание дальних миров.
Любовь к человечеству по тел восходит к первым дням нашего вида, когда наши предки начали использовать поделочные камни для формирования иного более мягкого камня, что делает их лезвия. Постепенно они были заменены более твердого металла примерно до 2000 года, не произвел сталь. Это по-прежнему самый известный материал до конца 18. века, затем, ученые определили, что может охватывать инструменты, с бриллиантами.
Несмотря на очевидную привлекательность для ювелирных изделий, большинство из обработанных алмазов, которые используются для создания сверхтвердых покрытий износостойких инструментов и упражнений. В горнодобывающей и нефтяной промышленности алмазный инструмент, которые абсолютно необходимы и без них, чтобы прорваться через сотни метров от скалы к ценным ресурсам глубоко в земле, было бы очень трудно, если не невозможно.
«Твердую почву является обязательным для различных типов приложений, начиная от высокоскоростных режущих инструментов, сверления глубоких отверстий, добычи нефти и газа и заканчивается биомедицинских применений», — говорит Джагдиш правители, главный ученый материалами в университете Северной Каролины.
Для того, чтобы понять, что делает материал жестким, нужно смотреть на атомной структуры кристаллов.
Алмазы состоят из тех же атомов углерода, что делает графит мягкий — его можно найти в сердцевинке любой карандаш. Разница между этими двумя формами углерода, который находится в расположении атомов. Графит, который образуется из слоев атомов углерода, плоские шестиугольники, которые являются слабыми силами притяжения между каждым слоем.
В алмазе атомы углерода находятся в форме тетраэдра, что очень сложно. В сочетании с тем фактом, что углерод образует прочных связей, это приводит к твердости алмаза.
Слово «бриллиант», «важно», «алмаз», «алмаз» происходит от греческого «Адамас», что означает нерушимый. Однако при достаточно высоком давлении ломается и алмаз. Крошечные slabinki в кристалле может также ослабить, что делает алмаз уязвимым к гниению.
И это вызывает проблемы для ученых: как для изучения поведения материалов при высоком давлении, даже если оно является наиболее естественным материалом, могут быть уничтожены? Нужно найти что-то более устойчив.
Ложные надежды
Наверное, не удивительно, что поиск сверхтвердого материала, которая начинается с попытки повторить структуру алмаза, но правда в том, что многие элементы способны взаимодействовать друг с другом таким же образом.
Одним из таких материалов является нитрид бора. Чем углерод, синтетический материал в нескольких формах, но вы можете повторить ромбовидную структуру путем замещения атомов углерода атомами азота и бора. Он был основан в 1957 году кубического нитрида бора» достаточно трудно поцарапать алмаз — как говорилось изначально. Но позже тесты показали, что данный материал-это даже не половина, как и его коллеги на основе углерода.
Следующие несколько десятилетий были многочисленные разочарования, когда ученые начали искать пути для подключения этих трех элементов — азота, бора и углерода в различных формах. Из тонких пленок таких материалов, который был создан в 1972 году и сумела создать форму, которая имитирует структуру алмаза; но одним из недостатков является то, что процесс включает в себя сложную химию и очень высокой температуры, чтобы произвести. И только в 2001 году, алмазоподобный нитрид бора был создан учеными Национальной Академии наук Украины в Киеве совместно с коллегами из Франции и Германии. Хотя это novoobrazovany материал сложнее, чем кристаллы кубического нитрида бора, и до сих пор потерянный бриллиант.
Тогда, семь лет назад, Чангфенг Чен, физик в университете Невады, и его коллеги из Шанхайского университета Цзяо Тун в Китае решили, что я могу свергнуть алмазного пьедестала. Подсчитали, что странной шестиугольной формы нитрид бора, известный как wurzite нитрида бора выдерживают 18% больше давления, чем алмаз. Это редкий материал, который похож на алмаза и кубического нитрида бора тетраэдрической структуры, только соединения, которые образуются в разных ракурсах. Компьютерное моделирование поведения таких материалов под давлением, показали, что некоторые связи являются гибкими и preorienting себя на 90 градусов, оказываются в ситуации, напряженность, снять.
Хотя связь бриллианта таким же образом, что они реагируют на давление, wurzite нитрида бора становится 80% больше при более высоком давлении. Загвоздка в том, что это довольно опасно для создания — для этого придется искусственно создать взрыв, который имитирует условия высокой температуры и давления вулканических взрывов. Очевидно, получить их в достаточном количестве будет сложно. Похожие проблемы ограничивают возможности для исследований, таких как материал, известный как lonsdaleite, которые должны выдерживать 58% больше давления, чем обычные алмазы.
И только в последние несколько лет мы начали видеть некоторые прорывы. В 2015 году, Джагдиш правителей и его коллеги из Университета Северной Каролины, топленое номера-кристаллическая форма углерода (стеклоуглерода) — это быстрый лазерный импульс, тепло до 3700 градусов Цельсия, а затем быстро охлаждают. Это охлаждение или тушение, привело к созданию М-углерода, странно, но очень надежный аморфные формы углерода. В отличие от других форм углерода, магнитную и загорается, когда она подвергается воздействию света.
В состав этого материала представлен в основном облигациями типа алмаза, но тоже от 10 до 15 процентов связей, типа графита. Тесты показали, что Q-углерод может быть как минимум 60% тверже, чем алмаз, но это всегда будет утверждена окончательно. Настоящие испытания на твердость не требуют сравнения образцов с наконечником, который тверже, чем материал испытания. Попытался образец М-углерода, двумя острыми алмазными наконечниками, есть проблема: подсказки диаманта деформируются.
И здесь может быть полезно сверхтвердых наковальни Дубровинский. Ее новый материал, который является уникальная форма углерода, которая известна как нанокристаллических алмазных шаров, и вместо того, чтобы содержать только одну кристаллическую решетку из атомов углерода, он состоит из множества крошечных отдельных кристаллов, каждый 11 000 раз меньше толщины человеческого волоса — связаны между собой графеновых слоя не менее удивительный материал, один атом углерода толщиной.
Если кристалл начинает приносить при давлении 120 гПа, новый материал может выдерживать не менее 460 гПа. Вы даже можете выжить сжатия для генерации давлений до 1000 МПа. Эти крошечные шарики, которые гораздо сложнее, чем любое другое известное вещество на планете. Почувствовать его силу, представьте 3000 взрослый, африканские слоны, балансируя на одной туфли на каблуке. «Это самая сложная из всех известных сверхтвердых материалов», — говорит Дубровинский.
Нанокристаллические алмазные шарики и прозрачные, что позволяет им выступать в качестве маленьких линз, благодаря которой исследователи смогут посмотреть в razdavlivaniju материал с рентгеновскими лучами. «Это позволяет сжимать материал испытания и наблюдать за тем, что происходит», — говорит Дубровинский. — Достижение ультра-высокого давления открывает новые горизонты для более глубокого понимания материала.»
Дубровинская и ее коллеги были использованы для изучения осмий, металл, который наиболее устойчив к сжатию в мире. Они обнаружили, что осмий может выдерживать давление сжатия выше 750 гПа. На данный момент внутренние электроны, которые обычно тесно связаны с ядром атома металла и очень стабильный, начали друг с другом. Ученые считают, что такое необычное поведение может привести к металлам перехода от твердого к ранее неизвестное состояние материи. Было бы очень интересно изучить, какие свойства осмия в этом получить.
Сверхтвердых наноалмазов только позволяют создавать новые режущие кромки для резки металла и камня. Порошок форма этих наноалмазы используются в косметической промышленности из-за их высокой впитывающей способностью. Они также легко впитывается в кожу, неся активного вещества. Медицинская промышленность начинает исследовать способы использования наноалмазов для передачи наркотиков, например, в процессе химиотерапии в труднодоступных частях тела. Исследования также показали, что наноалмазы могут способствовать росту костной и хрящевой ткани.
Что самое интересное, это последняя работа, может помочь нам решить некоторые из загадок нашей Солнечной системы. В следующем месяце состоится международная конференция, где специалисты обсудят новые возможности. Если в центре Земли давление считается достигать 360 гПа, ядро газового гиганта Юпитера, давления, которая может достигать невероятной 4500 гПа.
При этом давлении элементы начинают вести себя странно. Водород в обычном состоянии газ ведет себя как металл, к примеру, и будет способен выполнять электрическую энергию. Дубровинский Дубровинский и надеются, что их сверхтвердых алмазов, которые могут помочь нам, чтобы воссоздать космические условия. «Мы можем имитировать недрах гигантских планет и внеземных суперземель за пределами нашей Солнечной системы. Еще более удивительно то, что вы можете сделать это, используя то, что они могут держать в руках».
Кристалл, который может раздавить алмаз: в поисках твердых веществ
Илья Хель