Химики предсказали 43 новые формы углерода - «Наука и техника»

Добавлено 11-сен-2019, 16:16 От Osborne

«Алмазы сейчас являются самым твердым доступным материалом, но они очень дорогие, — говорит ведущий автор исследования, сотрудник Университета штата Нью-Йорк в Буффало Ева Зурек. — У меня есть коллеги, которые проводят эксперименты под высоким давлением в лаборатории, сжимая материалы между алмазами, и они жалуются на то, что иногда алмазы лопаются и приносят большие убытки. Мы хотели бы найти что-то более твердое, чем алмаз. Если бы вы могли найти другие материалы, которые являются жесткими, потенциально вы могли бы сделать их дешевле. Они также могут обладать полезными свойствами, которых нет у алмазов. Может быть, они будут по-разному взаимодействовать с теплом или электричеством, например».

Вещество считается сверхтвердым, если оно имеет выдерживает давление более 40 ГПа в тесте твердости Виккерса. Новая работа ученых показывает, что число углеродных сверхтвердых структур может быть намного выше, чем обнаружено сегодня. Для проведения исследования ученые использовали XtalOpt — эволюционный алгоритм с открытым исходным кодом для предсказания кристаллической структуры — чтобы генерировать случайные модификации углерода. Затем команда использовала модель машинного обучения для прогнозирования твердости этих материалов.
Выяснилось, что есть 43 возможные структуры, твердость которых либо находится близко к порогу в 40 ГПа, либо превышает его. Три из обнаруженных модификаций даже превышают твердость алмаза — правда, не намного. Самые твердые структуры, обнаруженные учеными, как правило, содержат в своих кристаллических решетках фрагменты алмаза и лонсдейлита — также называемого гексагональным алмазом. В дополнение к 43 новым формам углерода, исследование также предсказывает, что ряд углеродных структур, которые другие команды описывали в прошлом, будут сверхтвердыми.

•••

Используя компьютерное моделирование, команда ученых предсказала возможность существования 43 неизвестных сегодня форм углерода, некоторые из которых могут быть даже тверже алмаза. Статья об открытии опубликована в журнале Computational Materials. Сверхтвердые материалы могут резать, сверлить и полировать менее твердые объекты. Их также можно использовать для создания устойчивых к царапинам покрытий, которые защитят дорогостоящее оборудование от повреждений. Новое исследование международной команды химиков открывает двери для разработки новых материалов с такими соблазнительными качествами. «Алмазы сейчас являются самым твердым доступным материалом, но они очень дорогие, — говорит ведущий автор исследования, сотрудник Университета штата Нью-Йорк в Буффало Ева Зурек. — У меня есть коллеги, которые проводят эксперименты под высоким давлением в лаборатории, сжимая материалы между алмазами, и они жалуются на то, что иногда алмазы лопаются и приносят большие убытки. Мы хотели бы найти что-то более твердое, чем алмаз. Если бы вы могли найти другие материалы, которые являются жесткими, потенциально вы могли бы сделать их дешевле. Они также могут обладать полезными свойствами, которых нет у алмазов. Может быть, они будут по-разному взаимодействовать с теплом или электричеством, например». Вещество считается сверхтвердым, если оно имеет выдерживает давление более 40 ГПа в тесте твердости Виккерса. Новая работа ученых показывает, что число углеродных сверхтвердых структур может быть намного выше, чем обнаружено сегодня. Для проведения исследования ученые использовали XtalOpt — эволюционный алгоритм с открытым исходным кодом для предсказания кристаллической структуры — чтобы генерировать случайные модификации углерода. Затем команда использовала модель машинного обучения для прогнозирования твердости этих материалов. Выяснилось, что есть 43 возможные структуры, твердость которых либо находится близко к порогу в 40 ГПа, либо превышает его. Три из обнаруженных модификаций даже превышают твердость алмаза — правда, не намного. Самые твердые структуры, обнаруженные учеными, как правило, содержат в своих кристаллических решетках фрагменты алмаза и лонсдейлита — также называемого гексагональным алмазом. В дополнение к 43 новым формам углерода, исследование также предсказывает, что ряд углеродных структур, которые другие команды описывали в прошлом, будут сверхтвердыми. •••