Разработан суперпрочный материал, который смог выдержать атмосферное давление

Коллектив из российских, немецких и шведских учёных при сверхвысоком давлении создал материал, который сохраняет свои свойства и структуру при нормальных условиях. Информацию об этом можно прочитать в журнале Nature Communications.

Известны такие твёрдые и тугоплавкие соединения, как карбиды и нитриды переходных металлов. Микротвёрдость некоторых из них приближается к микротвёрдости алмаза (данный показатель определяет твёрдость вещества на очень малой площади). А их температуры плавления превышают 3000 градусов Цельсия. Эти параметры позволяют изготавливать из них режущие инструменты, жаропрочные сплавы, сенсоры высоких температур, защитные покрытия и другие изделия.

Более ранние исследования показали, что в земных условиях можно создавать «невозможные» материалы, которые при атмосферном давлении и комнатной температуре являются неустойчивыми. Однако попытки создать такой материал на практике были провальными – вещество распадалось, как только учёные понижали давление.

Упомянутый коллектив учёных применил сверхвысокое давление к рению – одному из переходных металлов. Образец металла помещался на алмазную наковальню и в присутствии азота сжимался, а лазер нагревал его до 1700 градусов Цельсия.

Оказалось, что при давлении от 400 до 900 тысяч атмосфер образуется монокристаллическая структура – пернитрид рения, соединённый с двумя атомами азота. Объёмный модуль упругости этого материала в норме должен составлять 400 гигапаскаль; но после проведения эксперимента этот показатель составил 428 гигапаскаль, что существенно выше, чем у стали. Теоретические расчёты совпадали с результатами эксперимента.

Исследователи на этом не остановились и попробовали получить сверхпрочный материал менее затратными способами. В качестве образца при этом брался азид аммония. Результат также оказался положительным. Таким образом, существование «невозможных» материалов было доказано не только теоретически, но и на практике. Теперь учёные хотят попробовать новые методы получения таких модификаций – например, посредством осаждения тончайших плёнок.

Переходные металлы – элементы таблицы Менделеева, находящиеся в побочных подгруппах и имеющие валентные электроны на d- и f-орбиталях. Некоторые из них известны человечеству с глубокой древности: это медь, серебро, золото, платина; другие стали известны относительно недавно – рутений, рений, палладий и др. Они характеризуются переменными степенями окисления и невысокими значениями электроотрицательности.

Рений – один из самых дорогих и редких переходных металлов. Он ценится за устойчивость к химическим реагентам, очень высокую температуру плавления и высокую каталитическую активность. Из него, к примеру, производят термопары – устройства, измеряющие температуру; такие термопары применяются в условиях очень высоких температур. Кроме того, рений используется для изготовления катализаторов, что нашло применение в производстве бензина. После того, как рений стали использовать в нефтеперерабатывающей промышленности, сильно вырос спрос на него.