11:28 PM
Чем можно заменить алмазы выяснили ученые

Для этого была проанализирована вся таблица Менделеева.

Анализ всей таблицы Менделеева при помощи уникальных алгоритмов позволил химикам из МФТИ подобрать список кандидатов на роль полноценной замены для алмазов в буровых установках и прочих инструментах. Описание возможных "убийц бриллиантов" было представлено в Journal of Applied Physics.

"Мы создали своеобразную дорожную карту, которая поможет нашим коллегам-экспериментаторам выбрать удачные направления для поисков новых сверхтвердых материалов. Вычислительные методы помогут нам упростить эти поиски, сделав их более точными, дешевыми и быстрыми", — заявил Александр Квашнин.

Химические свойства, структура и многие другие характеристики всех сложных и важных для человека молекул определяются тем, как взаимодействуют друг с другом их атомы, как устроены их электронные оболочки и как различные внешние факторы, такие как температура и давление, влияют на все эти вещи.

Несмотря на то, что "работой" всех этих элементов молекул управляют достаточно простые физические законы, в том числе принципы квантовой механики, предсказать их свойства или поведение крайне сложно. Это связано с тем, что сложность расчетов резко растет с добавлением каждого нового электрона, из-за чего свойства даже простых кристаллов и молекул почти невозможно просчитать даже при помощи самых мощных суперкомпьютеров.

Известный российский химик Артем Оганов решил эту проблему еще в 2004 году, создав эволюционный алгоритм USPEX, позволяющий быстро и точно вычислять свойства кристаллов разных веществ при самых разных температурах и давлениях, "используя лишь их химическую формулу и названия элементов".

За последующие годы Оганов, а также четыре тысячи других ученых, использовали этот алгоритм для открытия огромного множества практически полезных и просто интересных веществ, в том числе необычных сверхпроводников на базе урана, чрезвычайного прочного материала из вольфрама, "идеальной взрывчатки" из атомов азота и хрома, а также многих других материалов.

В своей новой работе Оганов, Квашнин и Захид Аллаяри (Zahed Allahyari) использовали новую версию USPEX для решения еще более серьезной задачи – поиска материала, который бы не уступал алмазу по твердости и износостойкости.

В этих поисках ученые использовали не конкретные комбинации элементов, а фактически всю таблицу Менделеева, перебрав комбинации самых разных элементов в попытках найти достойную альтернативу "главным друзьям девушек".

Пока ни один из уже известных и предсказанных учеными материалов не может приблизиться к алмазам по твердости или стойкости к повреждениям. Тем не менее, некоторые из ранее неизвестных веществ оказались достаточно перспективными для того, чтобы попытаться их синтезировать.

При этом, что самое важное, свойства всех известных сверхтвердых материалов были предсказаны с точностью, превышавшей 90%, что означает, что алгоритм работает очень точно. Это позволяет использовать его для дальнейших поисков подходящего "претендента" на трон самого твердого и прочного материала.

К примеру, ученые неожиданно обнаружили подобные свойства у гидрида марганца, материала, который, как считали Оганов и его коллеги, не мог обладать твердой фазой. Тем не менее, он оказался более твердым, чем стишовит, сверхтвердая форма двуокиси кремния, возникающая при ударах метеоритов, хотя и несколько менее износостойким.

Как отметил Квашнин, сейчас он участвует в проекте по синтезу пентаборида вольфрама, одного из сверхтвердых веществ, наиболее близких по своим характеристикам к бриллиантам. Он надеется, что эти опыты, а также последующие расчеты при помощи USPEX, помогут ученым понять, что именно управляет твердостью и прочностью разных материалов и создать достойного конкурента для алмазов.

Переглядів: 143 | Додав: abel | Теги: замена, ученые, алмаз | Рейтинг: 5.0/1
Всього коментарів: 0
avatar