幸存的材料:首先获得了能够承受地面条件的“不可能”结构

“在数十万个大气压的压力下获得的材料”听起来很自豪,但提出了逻辑上的问题:“如果压力降低,将会发生什么? 使用超高压之外无法存在的结构的工作意义何在?” 但是关键是,经过长时间的系统工作之后,您将解开钻石砧,事实证明,您的新材料是完整的,不受损害的,并且不会崩解。 然后,对复杂的化学反应有更多的“联想”,您将学习如何在更简单的条件下获得它。 如此成功,以至于NUST“ MISiS”的科学家以及来自德国和瑞典的同事们期望在他们决定借助氮气来改性rh时获得期望。 “ 自然通讯 ”上载有实验结果及其理论证明的文章。

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对材料原子结构的理论建模结果的讨论

技术进步是无情的:今天到处使用的材料明天将过时。 如果一切已完成,下一步该去哪里? 是的-创造不可能。 这正是来自NUST“ MISiS”,拜罗伊特大学(德国)和林雪平大学(瑞典)的国际科学家团队所采取的行动-几位科学家已经在研究在高于大气压力数十万倍的压力下产生过渡金属碳化物和氮化物的超硬改性的问题。

此类金属具有高硬度和高熔点,因此可用于制造耐热合金,切削工具,高温传感器,作为耐酸和耐碱的保护涂层。 创建更高级的超硬修改将使这种材料的使用达到一个全新的水平。 但是,正如他们所说,“有细微差别”。 较早的实验证明了在陆地条件下产生过渡金属氮化物“不可能”改性的可能性,但是一旦压力降低,它们就会“崩解”。 氧化铍二氧化硅 ,一些氮化物赤铁矿就是这种情况

但是,科学家们最新的经验正在取得突破:在这种压力下进行改性的材料首次在“室内”条件下保留了其新的结构和性能。 幸存的材料是具有两个另外的氮原子的过氮化rh- Re2(N2)(N2)

就复杂性而言,这种发展可以与高尔夫比赛相提并论,在高尔夫比赛中,球洞位于一个陡峭的斜坡上,您需要找到各种方法不仅可以将球扔在那里,而且可以将其保持。

在研究的实验部分,将was放置在金刚石砧中,并提供氮气。 然后在将激光加热到2000开尔文(> 1700°C)以上的同时压缩砧座。 结果,在40至90 GPa(400至90万大气压)的压力下,获得了特殊的单晶结构-过氮化-和两个氮原子。

R实际上是不可压缩的,其体积弹性模量约为400 GPa。 但修改后,它增加到了428 GPa。 为了进行比较,在钻石中为441 GPa。 此外,由于含氮,过氮化per的硬度提高了4倍-高达37 GPa。 通常,在超高压下改性的材料在从金刚石砧座中提取后无法保持其性能,但是,在这种情况下,其他实验人员都希望获得成功。 当然,这种结果需要证明,因此我们开始在超级计算机上对过程进行建模。 理论结果与实验数据吻合,不仅有可能解释这种新材料的非同寻常的特性,而且不仅可以在极端条件下而且可以在地面条件下合成这种新材料 ,” 哲学博士,科学博士Igor Abrikosov教授说。 林雪平大学物理,化学与生物学研究所理论物理系主任,“新材料的建模与开发”实验室,NUST“ MISiS”。


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额外的氮夹杂物-将材料的硬度提高4倍的那些

但是在这里重要的是要了解金刚石砧仅适用于实验-它太小,复杂且昂贵,无法按生产规模安装。 这就是为什么科学家的下一步是在更“简单”的条件下创造用于合成材料的新变体的技术的原因。 了解了材料在超高压下发生的过程后,科学家能够在压力为33 GPa的压力机中计算并与叠氮化铵进行化学反应。 既然已经在理论和实验上证明了这种材料的改性,则可以尝试其他制备方法,例如通过沉积薄膜。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN469443/


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