Открыта новая структура суперпрочного углерода

В ходе эксперимента в 2003 году была создана, как тогда полагали, новая форма углерода, но данные были признаны спорными. Недавно две группы ученых с помощью различных методик обнаружили трехмерную сетевую структуру, названную оцт-углерод (объёмноцентрированный тетрагональный углерод). По их мнению, именно эта структура уже была открыта в 2003 году.

Чистый углерод существует во многих структурах, в том числе в графите и алмазе. Новая структура – объёмноцентрированный тетрагональный углерод, или оцт-углерод (body-centered tetragonal carbon, bct-carbon) – неожиданно проста и состоит из квадратных листов, в каждом из которых содержится по четыре атома углерода, соединенных с листами короткими перпендикулярными связями. Такая форма углерода создается, когда графит подвергается высокому давлению при нормальной температуре.

Уже почти 50 лет известно, что графит, подвергающийся холодному сжатию (высокое давление при комнатной температуре) претерпевает обратимую трансформацию. В 2003 году исследователи Стэнфордского Университета сжали графит прессом алмазной наковальни, в ходе процесса они получили рентгенограмму, которая помогла им изучить внутренние связи структуры. Выяснилось, что, когда давление превышает 17 гигапаскалей (170,000 атмосфер), атомы углерода в обычно мягком графите формируют достаточно прочный материал, который может разрушить алмаз, но структура этого материала оставалась неизвестной.

Рис. 1. Изображение Xiang-Feng Zhou, arxiv.org. Внизу можно увидеть перпендикулярную структуру оцт-углерода, напоминающую графен.

Сейчас группа ученых во главе с Ху-Тиан Ванг (Hui-Tian Wang) из Нанькайского университета в Тяньцзинь (Китай) при помощи компьютерного моделирования показала, что супертвердый углерод может хотя бы частично состоять из оцт-углерода, поскольку на его формирование уходит меньше всего энергии. Оцт-углерод имеет структуру, представляющую собой нечто среднее между алмазной кубической структурой и связанными листами углеродных атомов в гексагональной решетке графита. Оцт-углерод состоит из листов четырехатомных углеродных колец, крепко связанных между собой.

Ученые изучили 15 возможных структур и обнаружили, что для формирования прозрачного оцт-углерода требуется меньше энергии, а его прочность на срез на 17 процентов выше прочности алмаза. В случае подтверждения результатов, появится реальная возможность производить материалы прочнее алмаза при обычной температуре.

Другая группа ученых вместе с Ренатой Венцкович (Renata Wentzcovitch) из Университета Миннесоты (США) и Такаши Мияки (Takashi Miyake) из Национального института науки и передовых технологий в Японии немного раньше в этом году пришла к похожим выводам, но использовала при этом другой метод. Ученые проанализировали предполагаемую структуру оцт-углерода с помощью квантово-механического моделирования. По их данным, оцт-углерод устойчивее графита (в 18,6 гигапаскалей), и рентгенограммы оцт-углерода, смешанного с М-углеродом, очень напоминают структуры, открытые в 2003 году.

Источник(и):

1. physorg.com

2. popnano.ru