НИТУ МИСиС в журнале Nature Communications

Самый несжимаемый материал после алмаза, нитрид рения, может сохранять стабильность и при комнатной температуре и атмосферном давлении. Это доказали материаловеды из России, Германии и Швеции, которые и создали этот материал. "Рецепт" по изготовлению этого вещества опубликовал научный журнал Nature Communications, кратко об этом сообщила пресс-служба НИТУ "МИСиС".

"Обычно материалы, модифицированные при сверхвысоких давлениях, не способны сохранять свои свойства после извлечения из алмазной наковальни, однако в данном случае коллег-экспериментаторов ждал успех, - рассказал один из авторов работы, сотрудник НИТУ "МИСиС" Игорь Абрикосов. - Мы промоделировали его на суперкомпьютере. Результаты расчетов совпали с экспериментальными данными и объяснили необычные свойства нового материала".

Почти все элементы и химические соединения во Вселенной могут принимать четыре разных агрегатных формы материи - превращаться в твердое тело, жидкость, газ и плазму. Эти превращения, так называемые фазовые переходы, физики изучают уже много столетий, и пока ученые не могут уверенно сказать, что полностью понимают все подобные процессы.

С другой стороны, многие твердые вещества могут радикально менять свою структуру и манеру распределения атомов по их толще при изменении давления. Подобные сдвиги во внутреннем устройстве этих материалов заметно меняют их плотность и многие другие физические свойства, на чем, к примеру, базируется работа "запала" атомных бомб.

Младший брат алмазов

Все эти вещества были бы очень интересны химикам, однако с ними невозможно работать, так как фактически все эти соединения распадаются в том случае, когда давление и температура падают. С другой стороны, существует природный пример обратного - алмазы возникают в недрах Земли в схожих условиях, однако они сохраняют рекордно высокую твердость, несжимаемость и теплопроводность и в нормальных условиях.

Недавно российские и европейские ученые натолкнулись на материал, который в этом отношении почти не уступает алмазу и тоже сохраняет стабильность при атмосферном давлении. Как обнаружили ученые, если нагреть рений в алмазной наковальне до 1700 °C, сжать его до 900 тысяч атмосфер и одновременно пропустить через него азот, возникнет уникальный стабильный материал.

"Рений и сам по себе практически несжимаем, его объемный модуль упругости составляет примерно 400 гигапаскаль (ГПа). Но после проведенной модификации он увеличился до 428 ГПа. Для сравнения, у алмаза он составляет 441 ГПа. Кроме того, за счет азотных включений твердость пернитрида рения выросла в четыре раза - до 37 ГПа", - продолжил Абрикосов.

Получив это вещество, ученые провели серию теоретических расчетов, узнав таким образом структуру пернитрида рения. Также они подтвердили, что это вещество обладает измеренными свойствами и открыли новый, более простой путь его синтеза.

Как оказалось, это же несжимаемое и сверхтвердое вещество можно получить, используя обычный пресс и заменив чистый азот на азид аммония, соединение аммиака и трех атомов азота. В таком случае достаточно сжать рений на 365 тысяч атмосфер. Главный плюс от этого способа состоит в том, что так можно получать большие количества пернитрида рения, что удешевит его потенциальное производство и применение в будущем, заключили исследователи.

30/09/2019

Источники: http://tass.ru