Алмаз прочно ассоциируются с вечными ценностями, являясь наиболее твердым из всех веществ, встречающихся в природе, но новый материал, также состоящий из атомов углерода, вполне может затмить короля минералов.
Ученые из Университета Цукуба в Японии путем компьютерного моделирования создали конфигурацию атомов углерода, позволяющую сделать его столь же твердым, как и алмаз, но более прочным и легким веществом, сообщил интернет-портал l-express.ca
АТОМНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ
Углерод обладает способностью производить различные типы кристаллов, свойства которых зависят от вида химической связи между атомами. Например, алмаз образуется, когда каждый атом углерода связывается с четырьмя ближайшими, создавая трехмерную структуру, похожую на тетраэдр.
В случае с одним из самых мягких минералов - графитом - каждый атом связывается с тремя другими, тем самым создавая слои, которые состоят из шестичленных колец.
«ПЕНТААЛМАЗ»
Ученые из Университета Цукуба хотели выяснить, какой материал они получат, если расположение атомов углерода будет более сложным, то есть путем комбинирования того же числа атомов, образующих четыре ковалентные связи, что и те, которые связываются с тремя ближайшими атомами.
В результате компьютерного моделирования исследователи определили наиболее стабильную атомную конфигурацию. Свое открытие ученые назвали «пентаалмазом», так как этот новый материал состоит из колец, имеющих форму пятиугольника.
«Пентаалмаз» теоретически может быть более прочным, чем алмаз, и без сжатия выдерживать температуру почти в 4000 °C. Он мог бы также проводить электричество и генерировать синий и зеленый свет.
В случае, если «пентаалмаз» будет производиться по разумной цене, эти свойства сделают его полезным в области оптоэлектроники.
Он также может заменить алмаз в некоторых буровых работах и отдельных исследовательских устройствах, воссоздающих экстремальное давление, существующее внутри планет.
Идея японских исследователей объединить различные конфигурации атомов углерода открывает дверь для открытия нескольких новых молекул: количество возможных комбинаций огромно и позволяет в ближайшие годы создать новые материалы или совершенствовать уже синтезированные, отмечает l-express.ca
НОВЫЕ ФОРМЫ УГЛЕРОДА
Хотя алмаз и графит являются наиболее известными формами углерода, исследователи уже давно пытаются открыть новые - с уникальными особенностями.
В 1985 году двое американских ученых совместно с британским коллегой установили третью форму кристалла углерода - фуллерены, что принесло им Нобелевскую премию по химии в 2017 году.
Фуллерены представляют собой молекулы, похожие на графит. Однако случайное расположение колец атомов, имеющих пятиугольную форму, не позволяет слоям оставаться плоскими. Они могут иметь форму футбольного мяча или небольшого цилиндра.
Сегодня эти наночастицы используются в фармацевтической промышленности, электронике и производстве косметических средств.
ЧУДО-МАТЕРИАЛ
Почти 20 лет спустя, в 2004 году, был идентифицирован графен. Эта молекула состоит из одного слоя атома углерода, выстроенного в форму шестиугольника. Графен, потрясший мир своими возможностями, является эластичным, проводящим, прочным и прозрачным наноматериалом.
Наконец, в 2009 году ученые синтезировали две новые формы углерода: U-углерод с магнитными свойствами и циклоуглерод, карбиновое кольцо из 18 атомов углерода.
Алекс Шишло для Rough&Polished
