Агрегированные алмазные наностержни или ADNR представляют собой нанокристаллическую форму алмаза , также известную как наноалмаз или гипералмаз .
Открытие
Наноалмаз или гипералмаз был получен путем сжатия графита в 2003 году группой исследователей в Японии, и в той же работе, опубликованной в журнале Nature , было показано, что он намного тверже, чем массивный алмаз. [2] Позже он был также получен путем сжатия фуллерена и был подтвержден как самый твердый и наименее сжимаемый из известных материалов с изотермическим объемным модулем упругости 491 гигапаскаль (ГПа), в то время как у обычного алмаза модуль упругости составляет 442–446 ГПа; эти результаты были получены из данных дифракции рентгеновских лучей , которые также показали, что ADNR на 0,3% плотнее, чем обычный алмаз. [3] Эта же группа позже описала ADNR как «имеющие твердость и модуль Юнга, сопоставимые с таковыми у природного алмаза, но с« превосходной износостойкостью »». [4]
Твердость
<111> поверхность ( по нормали к самой большой диагонали куба) чистого алмаза имеет значение твердости 167 ± 6 ГПа , когда поцарапан с наконечником наноалмазов, в то время как сам образец наноалмаз имеет значение 310 ГПа при испытании с наноалмаза кончик. Однако тест работает правильно только с наконечником, сделанным из более твердого материала, чем испытываемый образец, из-за растрескивания. Это означает, что истинное значение для наноалмаза, вероятно, ниже 310 ГПа. [5] Из-за своей твердости гипералмаз может превышать 10 по шкале твердости минерала Мооса .
Синтез
ADNR (гипералмазы / наноалмазы) производятся путем прессования порошка фуллерита - твердой формы аллотропного углеродного фуллерена - любым из двух в некоторой степени аналогичных методов. Один использует ячейку с алмазной наковальней и прикладывает давление ~ 37 ГПа без нагрева ячейки. [6] В другом методе фуллерит сжимают до более низкого давления (2–20 ГПа), а затем нагревают до температуры в диапазоне от 300 до 2500 К (от 27 до 2227 ° C). [7] [8] [9] [10] Об экстремальной твердости того, что сейчас кажется наноалмазом, сообщили исследователи в 1990-х годах. [5] [6] Материал представляет собой серию связанных между собой алмазных наностержней с диаметром от 5 до 20 нанометров и длиной около 1 микрометра каждая. [ необходима цитата ]
Агрегаты наноалмазов ок. Размером 1 мм также образуется в природе из графита при ударе метеорита, например, в кратере Попигай в Сибири, Россия. [1]
Смотрите также
- Адамант - самая твердая в мифологии субстанция
- Углеродные нанотрубки - аллотропы углерода с цилиндрической наноструктурой.
- Алмаз - аллотроп углерода, часто используемый в качестве драгоценного камня и абразива.
- Фуллерит
- Лонсдейлит - гексагональная решетка аллотроп углерода
- Шкала твердости минералов Мооса - Качественная порядковая шкала от 1 до 10, характеризующая устойчивость к царапинам различных минералов.
- Диборид рения
- Сверхтвердый материал - материал с твердостью по Виккерсу более 40 гигапаскалей.
Рекомендации
- ^ a b c d Охфудзи, Хироаки; Ирифуне, Тецуо; Литасов Константин Д .; Ямасита, Томохару; Исобэ, Футоши; Афанасьев, Валентин П .; Похиленко, Николай П. (2015). «Естественное появление чистого нанополикристаллического алмаза из ударной кратера» . Научные отчеты . 5 : 14702. Bibcode : 2015NatSR ... 514702O . DOI : 10.1038 / srep14702 . PMC 4589680 . PMID 26424384 .
- ^ Ирифуне, Тецуо; Курио, Аяко; Сакамото, Сидзуэ; Иноуэ, Тору; Сумия, Хитоши (2003). «Материалы: сверхтвердый поликристаллический алмаз из графита». Природа . 421 (6923): 599–600. Bibcode : 2003Natur.421..599I . DOI : 10.1038 / 421599b . PMID 12571587 .
- ^ Дубровинская Наталья; Дубровинский, Леонид; Крайтон, Уилсон; Лангенхорст, Фалько; Рихтер, Аста (2005). «Агрегированные алмазные наностержни, самая плотная и наименее сжимаемая форма углерода» . Письма по прикладной физике . 87 (8): 083106. Bibcode : 2005ApPhL..87h3106D . DOI : 10.1063 / 1.2034101 .
- ^ Дубровинская Наталья; Дуб, Сергей; Дубровинский, Леонид (2006). «Превосходная износостойкость агрегированных алмазных наностержней». Нано-буквы . 6 (4): 824–6. Bibcode : 2006NanoL ... 6..824D . DOI : 10.1021 / nl0602084 . PMID 16608291 .
- ^ а б Бланк, V (1998). «Сверхтвердые и сверхтвердые фазы фуллерита C 60 : Сравнение с алмазом по твердости и износу» (PDF) . Алмазы и сопутствующие материалы . 7 (2–5): 427–431. Bibcode : 1998DRM ..... 7..427B . CiteSeerX 10.1.1.520.7265 . DOI : 10.1016 / S0925-9635 (97) 00232-X . Архивировано из оригинального (PDF) 21 июля 2011 года.
- ^ а б Бланк, В; Попов, М; Буга, С; Давыдов, В; Денисов, В; Ивлев А; Марвин, B; Агафонов, В; и другие. (1994). «Фуллерит C 60 тверже алмаза?». Физика Буквы A . 188 (3): 281. Bibcode : 1994PhLA..188..281B . DOI : 10.1016 / 0375-9601 (94) 90451-0 .
- ^ Козлов, М (1995). «Сверхтвердая форма углерода, полученная из C 60 при умеренном давлении». Синтетические металлы . 70 (1–3): 1411–1412. DOI : 10.1016 / 0379-6779 (94) 02900-J .
- ^ Бланк, V (1995). «Сверхтвердые и сверхтвердые углеродные фазы, полученные из C 60 путем нагрева при высоком давлении: структурные и рамановские исследования». Физика Буквы A . 205 (2–3): 208–216. Bibcode : 1995PhLA..205..208B . DOI : 10.1016 / 0375-9601 (95) 00564-J .
- ^ Szwarc, H; Давыдов, В; Плотянская, С; Кашеварова, Л; Агафонов, В; Сеолин, Р. (1996). «Химические модификации C под действием давления и температуры: от кубической C до алмазной». Синтетические металлы . 77 (1–3): 265–272. DOI : 10.1016 / 0379-6779 (96) 80100-7 .
- ^ Бланк, V (1996). «Фазовые превращения в твердом С 60 при высокотемпературной обработке высокого давления и структура 3D-полимеризованных фуллеритов». Физика Буквы A . 220 (1–3): 149–157. Bibcode : 1996PhLA..220..149B . DOI : 10.1016 / 0375-9601 (96) 00483-5 .
Внешние ссылки
- Изобретение агрегированных алмазных наностержней на Physorg.com
- Джандрон, Мишель (26 августа 2005 г.). «Бриллианты не вечны» . Мир физики .