Впервые исследованы свойства жидкого углерода

Сегодня свойства жидкого углерода изучают в основном при помощи компьютерного моделирования, поскольку жидкий углерод образуется при таких высоких температурах, что их не могут выдержать никакие термопрочные сосуды. Но российским физикам удалось создать оригинальную методику, позволившую изучить свойства жидкого углерода во время эксперимента и сравнить его результаты с результатами компьютерного моделирования. Результаты этих экспериментов могут быть использованы для описания эволюции углеродных планет и усовершенствования технологий производства искусственных алмазов и углеродных нанотрубок. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, исследования поддержаны грантом Российского научного фонда.

Углерод лежит в основе всего живого на нашей планете. Этот элемент способен образовывать абсолютно непохожие друг на друга кристаллы. Наиболее яркие примеры – это мягкий черный графит и прозрачный невероятно прочный алмаз. По своим свойствам эти кристаллы настолько отличаются друг от друга, что невольно закрадывается сомнение в идентичности атомов, из которых они состоят.

В графите атомы углерода расположены в виде слоев, в каждом из которых они очень прочно связаны друг с другом, а взаимодействие между слоями слабое. Слои графита легко скользят друг относительно друга, благодаря чему он может использоваться как карандаш или сухая смазка. За отделение от кристалла графита одного слоя атомов и изучение такого двумерного объекта, получившего название графен, в 2010 году была присуждена Нобелевская премия. Графит широко используется в атомной промышленности в качестве замедлителя нейтронов, и знание его свойств при высоких температурах и давлениях необходимо для оценки безопасности работы таких реакторов. Кроме того, эти свойства могут понадобиться для разработок технологий получения искусственных алмазов и углеродных нанотрубок.

Для изучения свойств графита при высоких температурах и давлениях, а также при его переходе в жидкое состояние исследователи помещали образец графита между двумя пластинами сапфира и нагревали его импульсом электрического тока. Каждый эксперимент длился около микросекунды, и за это время графит нагревался до температуры плавления, плавился и далее нагревался в жидком состоянии. Такая экспериментальная методика обеспечивает однородное повышение температуры образца и его одномерное тепловое расширение. В ходе эксперимента измеряются тепло, рассеянное в образце, давление, объем образца, удельное электросопротивление и температура.

«Для нас стало неожиданностью, что измеренные температуры плавления графита оказались выше общепринятых более чем на тысячу градусов. Мы первые измерили скачки плотности, энтальпии и удельного сопротивления при его плавлении, а также получили значения теплоемкости графита и жидкого углерода. Кроме того, мы обнаружили, что скорость звука в жидком углероде возрастает при уменьшении плотности. Результаты этих экспериментов могут быть использованы для описания эволюции углеродных планет и усовершенствования технологий производства искусственных алмазов и углеродных нанотрубок», — подводит итог Анатолий Рахель, кандидат физико-математических наук, сотрудник Объединенного института высоких температур РАН.

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

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.