Углерод является четвертым по распространенности элементом во всей Вселенной. И в природе существует большое разнообразие форм углерода, это графит, графен и самый твердый материал естественного происхождения — алмаз. Теперь же ученые обнаружили новую невероятно твердую и прочную форму углерода, которая способна противостоять чрезвычайно большим механическим нагрузкам. В кристаллических формах углерода, таких как алмаз, способность выдерживать механические нагрузки зависит от направления в котором происходило формирование кристалла, а так как новая форма углерода представляет собой аморфную структуру, то такие кристаллы имеют одинаковую прочность во всех направлениях.
Команда ученых из Стэнфордского университета (Stanford University) и Научного института Карнеги (Carnegie Institution for Science) производила эксперименты с еще одной формой углерода, называемой стекловидным углеродом. Этот аморфный материал был впервые искусственно синтезирован в 1950-х года, его свойства представляли собой удивительную смесь свойств графита и стекла и керамики, включая стойкость к высоким температурам, прочность, низкую плотность, малое электрическое сопротивление, низкий коэффициент трения и низкое тепловое сопротивление. Воздействовав на кристаллы стекловидного углерода давлением, в 400 тысяч раз превышающим атмосферное давление, ученым удалось получить еще одну новую форму углерода.
Кристаллы из новой формы углерода смогли выдержать давление в 1.3 миллиона раз превышающее атмосферное давление, приложенные к одной оси кристалла, в то время, как на другие оси кристалла воздействовало давление 600 тысяч атмосфер. Никакой кристалл алмаза, будь он искусственного или естественного происхождения, не смог бы выстоять в таких условиях.
Поскольку новая форма углерода является аморфной, она, в отличие от кристаллических форм, не имеет упорядоченной кристаллической решетки. В некоторых случаях это может иметь огромное преимущество там, где требуется обеспечивать высокую прочность и твердость во всех направлениях. «Необычайные свойства новой аморфной формы углерода открывают ему безграничные возможности для его использования. Это платформы для научных исследований, на которые будут воздействовать огромные силы, это новые материалы, сверхплотные и сверхпрочные, которые наверняка найдут применение в металлообрабатывающей и горнодобывающей промышленности, и многое, многое другое» — рассказал Рассел Хемли (Russell Hemley), руководитель Лаборатории геофизики Института Карнеги.
Результаты и описание этих исследований будут опубликованы в ближайшем выпуске журнала Physical Review Letters.
Источник: