Химики предсказали 43 новые формы углерода

Используя компьютерное моделирование, команда ученых предсказала возможность существования 43 неизвестных сегодня форм углерода, некоторые из которых могут быть даже тверже алмаза. Статья об открытии опубликована в журнале Computational Materials.

Сверхтвердые материалы могут резать, сверлить и полировать менее твердые объекты. Их также можно использовать для создания устойчивых к царапинам покрытий, которые защитят дорогостоящее оборудование от повреждений. Новое исследование международной команды химиков открывает двери для разработки новых материалов с такими качествами.

«Алмазы сейчас являются самым твердым доступным материалом, но они очень дорогие, — говорит ведущий автор исследования, сотрудник Университета штата Нью-Йорк в Буффало Ева Зурек. — У меня есть коллеги, которые проводят эксперименты под высоким давлением в лаборатории, сжимая материалы между алмазами, и они жалуются на то, что иногда алмазы лопаются и приносят большие убытки. Мы хотели бы найти что-то более твердое, чем алмаз. Если бы вы могли найти другие материалы, которые являются жесткими, потенциально вы могли бы сделать их дешевле. Они также могут обладать полезными свойствами, которых нет у алмазов. Может быть, они будут по-разному взаимодействовать с теплом или электричеством, например».

Вещество считается сверхтвердым, если оно выдерживает давление более 40 ГПа в тесте твердости Виккерса. Новая работа ученых показывает, что число углеродных сверхтвердых структур может быть намного выше, чем обнаружено сегодня. Для проведения исследования ученые использовали XtalOpt — эволюционный алгоритм с открытым исходным кодом для предсказания кристаллической структуры, — чтобы генерировать случайные модификации углерода. Затем команда использовала модель машинного обучения для прогнозирования твердости этих материалов.

Выяснилось, что есть 43 возможные структуры, твердость которых либо находится близко к порогу в 40 ГПа, либо превышает его. Три из обнаруженных модификаций даже превышают твердость алмаза — правда, ненамного. Самые твердые структуры, обнаруженные учеными, как правило, содержат в своих кристаллических решетках фрагменты алмаза и лонсдейлита, также называемого гексагональным алмазом. В дополнение к 43 новым формам углерода исследование также предсказывает, что ряд углеродных структур, которые другие команды описывали в прошлом, будут сверхтвердыми.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.