Группа российских, немецких и шведских ученых под руководством специалистов ИТУ "МИСиС" совершила значительный прорыв в области материаловедения — впервые был синтезирован уникальный сверхнесжимаемый нитрид рения, который сохраняет стабильность даже при комнатной температуре и атмосферном давлении. Это открытие открывает новые горизонты для промышленности, науки и техники благодаря необычайно высоким показателям твердости и упругости, сопоставимых с характеристиками алмаза.
Современные поиски сверхпрочности: вдохновение алмазами
Ученые давно ведут целенаправленные исследования для создания искусственных материалов, способных повторить великолепные физические свойства алмаза — лучшего природного эталона прочности и теплопроводности. В природе алмазы формируются в недрах Земли под колоссальными температурами и давлениями и способны сохранять свои свойства на поверхности, что делает их уникальными среди твердых веществ. Команда материаловедов решила пойти этим путем — синтезировать материал, близкий по уникальным параметрам к алмазу, но обладающий своей стабильностью вне экстремальных условий.
Нитрид рения: характеристика нового материала
Открытый учеными нитрид рения сразу привлек внимание своим исключительным модулем объемной упругости: после особой модификации этот показатель достигает 428 гигапаскалей (ГПа), что всего немного уступает алмазу, чей модуль равен 441 ГПа. Такой результат достигнут благодаря внедрению атомов азота в решетку рения при экстремальных условиях — температура 1700 °С и давление порядка 900 тысяч атмосфер. Стабильность нового соединения подтвердилась не только в лаборатории, но и с помощью сложных компьютерных расчетов, выполненных, в том числе, по инициативе Игоря Абрикосова из ИТУ "МИСиС".
Еще более вдохновляющим стало четырехкратное увеличение твердости модифицированного рения по сравнению с исходным металлом — теперь пернитрид рения обладает показателем 37 ГПа. Эти уникальные физические свойства делают новый материал кандидатом на роль сверхтвердого компонента для современных технологий.
Путь к получению нитрида рения: оригинальные подходы и инновации
Исследователи из разных стран продемонстрировали две эффективные методики производства стабильного нитрида рения. Классический высокотемпературный путь предусматривает создание нужных условий в алмазной наковальне и подачу азота при сверхвысоком давлении. Однако ученые нашли и более практичный способ: используя обычный пресс и заменяя чистый азот на азид аммония (вещество, содержащее три атома азота) в качестве реактива, стало возможно синтезировать нитрид рения при существенно более низком давлении — 365 тысяч атмосфер.
Этот экономичный подход открывает перспективы для масштабного получения столь уникального материала — ведь уменьшение затрат и сложностей в производстве существенно расширяет область его применения в самых разных промышленных и технологических процессах.
Физика фазовых переходов: секрет прочности и стабильности
Понимание фундаментальных процессов, связанных с фазовыми переходами, на протяжении веков остается увлекательной задачей для физиков и химиков всего мира. Твердые вещества могут кардинально менять структуру атомных слоев под действием давления, и эти процессы влекут за собой изменение плотности и фундаментальных характеристик, вплоть до возникновения новых классов материалов. Нитрид рения стал классическим примером того, как грамотное управление этими процессами приводит к созданию материала, сохраняющего свои выдающиеся параметры даже после возвращения к нормальным условиям среды.
Подобная стабильность ранее была практически недостижима: большинство искусственно созданных соединений разрушались или утрачивали свои уникальные свойства по мере снижения давления и температуры. Пример алмаза и теперь уже нитрида рения доказывают, что возможно получать устойчивые и сверхтвердые материалы, пригодные для практического применения.
Потенциальные перспективы и возможности применения
Создание сверхнесжимаемых и необыкновенно твердых материалов, таких как нитрид рения, может совершить революцию в самых разных отраслях: от разработки новых сверхпрочных инструментов и компонентов авиационной, космической и электронной промышленности до широкого применения в механике высоких нагрузок. Высокая термостойкость, уникальная плотность и способность сохранять свои свойства в стандартных условиях резко расширяют границы использования нитрида рения.
Успех коллектива под руководством Игоря Абрикосова и ИТУ "МИСиС" не только доказывает потенциал креативности и научной мощи современных российских материаловедов, но также закладывает фундамент для последующих исследований в сфере синтеза новых фаз с заданными параметрами прочности и стабильности.
Вдохновляющее будущее науки о материалах
Появление нитрида рения, устойчивого и в обычных условиях, зафиксировало новый рубеж в мировой науке о твердых телах. Это не только достижение конкретного коллектива ученых, но и демонстрация возможностей междисциплинарных и международных коопераций. Пример успешного синтеза вдохновляет молодых исследователей идти дальше и искать новые решения, ведь сила природы, скрытая в элементах таблицы Менделеева, еще далеко не исчерпана.
Ученые уверены: этот прорыв — лишь начало длинного пути в освоении экзотических соединений, способных изменить представления о границах прочности и стабильности материалов на планете.
Источник: scientificrussia.ru
