Ученые РФ нашли вещество, твердое как алмаз

Разработанный российскими учеными алгоритм компьютерного моделирования кристаллических структур позволил предсказать потенциальные сверхтвердые соединения, сравнимые по твердости с алмазом. Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

Ранее российские физики под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова создали эволюционный алгоритм предсказания кристаллических структур USPEX, а затем на его основе предложили список твердых и сверхтвердых материалов, имеющих потенциальное приложение во многих областях промышленности. Этот список ученые назвали "картой сокровищ" для экспериментаторов.

Наибольший интерес на этой "карте сокровищ" представляют соединения, у которых высокая твердость по Виккерсу — давление, необходимое, чтобы получить отпечаток пирамидальной формы на материале, сочетается с трещинностойкостью — способностью материала сопротивляться распространению трещин.

Прежде всего, это — бориды переходных металлов. Их синтез, в отличие от широко используемого алмаза и кубического нитрида бора, не требует высокого давления, что удешевляет производство.

Высокая плотность электронов на внешней оболочке атомов металла препятствует сжиманию, электроны начинают отталкивать друг друга, а крепкие ковалентные связи бор-бор и бор-металл обеспечивают прочность при упругой и пластической деформациях.

В предыдущей работе ученые нашли одну ранее неизвестную структуру борида вольфрама — пентаборид WB5 и выяснили, что она является сверхтвердой. В новой работе ученые из Сколтеха, МФТИ, Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН, Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова и Северо-Западного политехнического университета в городе Сиань (Китай) исследовали свойства боридов молибдена.

Наиболее энергетически выгодными с точки зрения создания среди таких соединений оказались высшие бориды молибдена, в которых на один атом молибдена приходится от четырех до пяти атомов бора. Самый стабильный из них — пентаборид молибдена MoB5, обладает расчетной твердостью по Виккерсу 37-39 гигапаскалей, что позволяет рассматривать его в качестве потенциального сверхтвердого материала, способного заменить традиционно используемые твердые сплавы и сверхтвердые материалы в ряде технологических приложений.

Основные структурные элементы нового соединения — графеноподобные слои атомов бора, слои атомов молибдена и треугольники из атомов бора. Слои бора и слои молибдена чередуются между собой, при этом часть атомов молибдена замещена В3-треугольниками, равномерно распределенными по объему кристалла.

Подробнее https://ria.ru/20200427/1570620506.html

27/04/2020

Источники: https://ria.ru