Не открыты ещё 43 формы углерода
Углерод – элемент особенный. Это настоящий мастер перевоплощений, ведь он может существовать в различных формах и модификациях. Многие из них известны: это, к примеру, алмаз, графит и заслуживающий всё больше популярности графен. На основе углерода, в конце концов, построен весь органический мир нашей планеты.
С помощью компьютерного моделирования международный коллектив исследователей смог недавно предсказать целых 43 формы углерода, которые ещё не открыты. Некоторые из них являются сверхтвёрдыми – прочнее алмаза. Из таких материалов можно создавать сверхпрочные покрытия, которые будут защищать дорогостоящее оборудование от повреждений. А ещё сверхтвёрдые материалы могут резать, полировать и сверлить менее твёрдые.
Статья об этом исследовании опубликована в издании Computational Materials.
Учёные говорят, что алмаз на сегодняшний день является самым твёрдым материалом, но он очень дорогой. Это им довелось непосредственно наблюдать в своих исследованиях. Когда требуется изучать свойства материалов под высоким давлением, образцы сжимают в специальной установке между двумя алмазами; и эти алмазы нередко лопаются, что приводит к большим убыткам.
В связи с этим исследователи хотят найти какие-то более прочные и твёрдые материалы, которые могут в конечном итоге оказаться более дешёвыми. Разумеется, такими сверхтвёрдыми материалами должны быть новые формы углерода, ведь сегодняшний «рекордсмен» тоже относится к этой группе веществ. Новые материалы к тому же могут обладать какими-то уникальными свойствами – например, по-разному взаимодействовать с электричеством или теплом (например, не проводить тепло, что применимо в сухожаровых шкафах).
Свойства возможных модификаций углерода учёные изучали с помощью XtalOpt – особого программного обеспечения, имеющего открытый исходный код. Выяснилось, что теоретически могут существовать 43 новые формы этого элемента, прочность которых либо близка к определённому показателю, либо превышает его. Этот показатель равен 40 гигапаскаль; вещества, способные выдерживать большее давление, считаются сверхтвёрдыми. Некоторые предсказанные вещества оказались даже твёрже алмаза, хоть и не сильно.
Выяснилось также, что некоторые формы углерода, описанные в прошлом, тоже могут оказаться сверхтвёрдыми.
Самые твёрдые вещества, которые удалось обнаружить исследователям, содержат в своём составе частицы алмаза и лонгсдейлита – так называемого «гексагонального алмаза».
