След почти три десетилетия опити учени успяха да създадат материал, който е почти невъзможен за счупване и съперничи на диаманта като най-твърдото вещество на планетата.
Международен екип, ръководен от изследователи от Центъра за наука при екстремни условия към Университета в Единбург (Шотландия), направи пробив, като синтезира прекурсори на въглерод и азот за създаване на въглеродни нитриди, които са по-здрави от кубичния борен нитрид – в момента вторият най-твърд материал след диаманта, пише специализираното сп. "Advanced Materials".
„При откриването на първия от тези нови въглеродни нитриди, бяхме скептични, че сме произвели материал, за какъвто изследователите са мечтали през последните три десетилетия - заяви пред Доминик Ланиел от Университета в Единбург. - Но постижението ни дава силен стимул за преодоляване на пропастта между синтеза на материали под високо налягане и индустриалните им приложения.“
Макар учените да са наясно с потенциала на въглеродните нитриди още от 80-те години на ХХ век, включително с тяхната висока устойчивост на високи температури, създаването им беше много трудно, почти невъзможно. „Въглеродните нитриди, включващи триизмерни рамки от CN4 тетраедри, са една от големите цели на науката за материалите“, отбелязват изследователите.
Екипът, включващ също експерти от университетите в Байройт (Германия) и Линкьопинг (Швеция), постигна пробива, като подложи различни форми на прекурсори на въглероден азот на гигантски налягания от 70 до 135 GPa (гигапаскала) - 1 млн. пъти повече от атмосферното налягане, докато едновременно с това ги нагряваше до над 1500 °C.
След това атомното устройство на получените материали беше изследвано с рентгенови лъчи в Европейския изследователски център за синхротрони във Франция, в електронния синхротрон в Германия и в Advanced Photon Source в САЩ. Анализът неизменно показва, че три от синтезираните съединения на въглероден нитрид са имали структури, необходими за устойчив свръхтвърд материал. При това учените са установили, че и трите съединения запазват ултратвърдите си качества и когато се охладят и се върнат към атмосферното налягане.
Според екипа този пробив проправя пътя за множество приложения, включително защитни покрития за превозни средства и космически кораби, мощни режещи инструменти и фотодетектори. Потенциалът на въглеродните нитриди е огромен и те може да се превърнат в най-добрите инженерни материали, конкуриращи диамантите.
„Тези материали са не само изключителни в своята многофункционалност, но показват, че технологично значими фази [на материалите] може да бъдат получени при налягане, еквивалентно на условията, съществуващи на хиляди километри във вътрешността на Земята“, каза Флориан Трибел, асистент професор в Линкьопингския университет.
Въпреки че все още не е ясна степента на възможностите им, несвиваемите съединения на въглеродния нитрид също така имат качества на фотолуминесценти, пиезоелектрици и са с висока енергийна плътност, като са способни да съхраняват голямо количество енергия в малко количество маса.
