Твердость обычного и гексагонального алмаза больше не будет эталоном

Структура диборида рения такова, что при такой ориентации кристалла твердость при вертикальной деформации в 2 раза выше, чем при горизонтальной. Новая модель объясняет это чрезвычайно сильными связями между атомами бора (отмечены зеленым цветом). (кликните картинку для увеличения)

Структура диборида рения такова, что при такой ориентации кристалла твердость при вертикальной деформации в 2 раза выше, чем при горизонтальной. Новая модель объясняет это чрезвычайно сильными связями между атомами бора (отмечены зеленым цветом). (кликните картинку для увеличения)

09.09.2009 (0:55)
Просмотров: 6877
Рейтинг: 1.60
Голосов: 15

Теги:
осмий, алмаз, твердость,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Согласно новой теории, предложенной чешскими учеными, твердость кристалла объясняется силой молекулярных связей, направленных перпендикулярно, а не параллельно приложенному усилию. Такая модель открывает путь к созданию уникальных по своей твердости материалов.

С давних времен было известно, что алмаз – самый твердый материал. Твердость – это сопротивление постоянному изменению формы тела, происходящему, когда отдельные его атомы перемещаются на новые места. Твердость не является универсальным физическим свойством, а представляет собой некую комбинацию прочности, пластичности, молекулярной структуры, вязкости и т.п. Благодаря уникальным свойствам алмаза его зачастую используют в качестве образца для изменения твердости других материалов. К примеру, одним из методов оценки твердости является измерение площади отпечатка, оставляемого четырехгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность (метод Виккерса).

В течение длительного времени ученые пытались связать полученные на эксперименте значения твердости кристаллов с их атомарной структурой для того, чтобы найти способ производить все более и более твердые материалы. До сих пор «пальма первенства» по твердости принадлежала структурным модификациям углерода – алмазу и лонсдейлиту (гексагональному алмазу). Однако, не прекращались попытки найти «конкурентов» и среди других элементов. В частности, с 2005 года велась работа над диборидом осмия (OsB2), производство которого практически не требует затрат по сравнению с алмазом (для производства этого материала не требуется больших давлений и температур).

Диборид осмия - достаточно прочен, чтобы поцарапать алмаз, однако, множество вопросов вызывало одно уникальное свойство, до сих пор не имевшее объяснения: твердость этого материала по одним направлениям в 2 раза больше, чем по другим. Раньше все попытки объяснить это странное явление были безуспешны. Аналогичную загадку ставил перед учеными и другой похожий материал – диборид рения.

Метод решения этой проблемы предложил в августовском номере журнала Physical Review B чешский ученый Antonín Šimůnek. В основе его теории лежит идея о том, что твердость материала зависит от силы молекулярных связей, направленных перпендикулярно направлению сжатия материала (а не параллельно, как предполагалось ранее). Исследователь разработал формулу для вычисления твердости, которая объединила в себе различные типы связей в кристалле; при этом первоначально все связи были включены в его расчеты с равным весом. Чтобы оценить влияние связей по каждому из направлений, ученый проводил эксперименты на отдельных листах графена (мономолекулярных слоях графита). Ключевым результатом его опытов было понимание того, что в твердость графена обеспечивается исключительно перпендикулярными к направлению воздействия химическими связями (параллельные связи в мономолекулярном слое просто отсутствуют). Обобщив полученный результат на случай нескольких молекулярных слоев, ученый вывел итоговую формулу, куда сила перпендикулярных связей была включена с большим весом.

Простая модель, предложенная ученым, не только позволила полностью объяснить удивительные свойства диборида осмия, но и обеспечит в будущем возможность легко находить другие столь же прочные материалы.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100