В Інституті Карнегі (США) отримана нова форма дуже твердих вуглецевих кластерів. Новий матеріал, що поєднує у собі елементи аморфної та кристалічної структур, несподівано виявився твердішим за алмаз.

Вуглець - четвертий за поширеністю елемент у Всесвіті; він існує у безлічі форм: схожий на бджолині соти графен, «олівцевий» графіт, твердий алмаз, циліндричні нанотрубки і, нарешті, порожні фулерени. Деякі з форм вуглецю - кристалічні, що означає існування впорядкованої елементарної структури (ближній порядок), що повторюється у всіх трьох вимірах (далекий порядок). Інші форми - аморфні, що у загальному випадку свідчить про відсутність дальнього порядку. Безумовно, можна уявити існування і свого роду гібридних продуктів, що поєднують елементи як кристалічної, так і аморфної структури. Правда, у реальному житті нічого такого (для вуглецю) досі отримано не було, хоча наука ніколи не заперечувала принципової можливості створення «гібридів».

Співробітники Інституту Карнегі несподівано для себе змогли закрити цю прогалину, а починали вони з приготування фулеренів З60, у простір між якими внесли органічний розчинник ксилол. Потім отриману систему спресували, щоб усього лиш подивитися на наслідки такого стресу. (Складно уявити, що саме вчені очікували побачити... Можливо, їм не давали спокою лаври першовідкривачів графену?..)

Ліворуч - фулерени та ксилол до здавлювання; праворуч - отриманий продукт. Як видно, розчинник увійшов до складу «продукту», підтверджуючи свою ключову функцію. (Тут і нижче ілюстрації Carnegie Institution of Washington.)

При відносно низькому тиску фулерени зберігали стійкість конструкції, однак при подальшому збільшенні сили здавлювання фулеренові структури руйнувалися з утворенням більш аморфних кластерів. При цьому самі кластери продовжували займати точно визначені місця, утворюючи подобу кристалічної ґратки.

Крім виявлення нової форми вуглецю, вчені визначили, що її одержання можливе лише у дуже вузькому інтервалі тисків (~320 000 атмосфер), при яких вуглецева структура утворюється і не повертається у вихідний фулереновий стан після зняття стресу. Матеріал випробували на здавлювання в алмазному ковадлі; при цьому вм'ятина абсолютно несподівано залишилася на самому алмазі, а це значить, що відкрито нову надтверду форму вуглецю.

Мікрофотографія основи алмазного ковадла. Стрілочки вказують на залишені новим матеріалом на алмазі пошкодження, що говорить про відкриття нової надтвердої форми вуглецю.

Яка роль ксилолу? Виявляється, ключова. У процесі здавлювання фулеренів при відсутності розчинника матеріал втрачав свою кристалічну періодичність. А оскільки існує безліч схожих на ксилол розчинників, то теоретично можливе створення цілого набору нових аморфно-кристалічних вуглецевих ґраток, що будуть дещо відрізнятись, за допомогою простого здавлювання.

Цікаво, що, за аналогією із самим алмазом, нова структура, отримана при високих тисках, цілком стабільна у нормальних умовах і може знайти практичне застосування у найрізноманітніших галузях.

Звіт про відкриття опублікований у журналі Science.

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: science.compulenta.ru