Китайские учёные создали алмаз в 5 раз прочнее обычного: как им это удалось
Я всегда думал, что алмаз — это эталон прочности. Ну, как все: если что-то нужно поцарапать или разрезать, берём алмаз. Но недавно я узнал, что твёрдость и прочность — это совсем разные вещи. Алмаз легко поцарапать, но он довольно хрупкий. Ударишь молотком — и он расколется. И вот китайские учёные заявили, что создали композитный алмаз, который примерно в пять раз прочнее обычного. Как? Добавили углеродные нанотрубки. Об этом сообщает портал BGR.
Исследователи из Института физики Китайской академии наук и Университета Бэйхан, а также нескольких других лабораторий, опубликовали работу в журнале Nature Synthesis в июле. Они взяли алмазный порошок и укрепили его нанотрубками, а не стали создавать новую форму алмаза, как это делали раньше. Предыдущие попытки повысить прочность обычно меняли внутреннюю структуру алмаза, но это приводило к потере твёрдости. А здесь получилось сохранить и то, и другое.
Как это работает? Технология довольно простая, если не вдаваться в детали. Учёные заполнили промежутки между зёрнами алмаза многостенными углеродными нанотрубками. Каждая такая трубка примерно в 10 000 раз тоньше человеческого волоса. Затем смесь нагрели до 2000 градусов Цельсия и подвергли давлению в 15 гигапаскалей. В результате нанотрубки связались с алмазными зёрнами на атомном уровне, образовав трёхмерную сеть, пронизывающую весь композит.
И вот тут начинается самое интересное. Когда композит протестировали, его твёрдость составила около 91,6 ГПа — это уровень обычного алмаза. А вот вязкость разрушения — 31,9 МПа·м½. Для сравнения: вольфрамовый сплав, который использовали в тесте, показал только 25,6. То есть новый материал прочнее даже вольфрама, который применяют в термоядерных реакторах, например в ITER, из-за его высокой температуры плавления. Секрет в том, что если в композите появляется трещина, нанотрубки меняют её направление и удерживают края вместе, забирая энергию удара.
Но есть нюанс. Алмаз считается самым твёрдым природным материалом, и по шкале Мооса он получает 10 баллов. Однако эта шкала измеряет только устойчивость к царапинам. У алмаза есть совершенная спайность в четырёх направлениях — это слабые места в его структуре. Если ударить по одному из таких направлений, алмаз может расколоться. Именно поэтому стальной молоток, который не может поцарапать алмаз, способен разбить его вдребезги. Новый композит решает эту проблему: нанотрубки не дают трещинам распространяться.
Частая ошибка — путать твёрдость и прочность. Твёрдость — это сопротивление царапинам, а прочность — способность выдерживать удары и не ломаться. Алмаз твёрдый, но хрупкий. Новый материал — и твёрдый, и прочный. Это меняет представление о том, что можно делать с алмазами. Пока учёные говорят о применении в сверхпрочных инструментах и ударопрочных материалах. Возможно, скоро появятся режущие инструменты, которые не будут выкрашиваться, или защитные покрытия, которые выдержат экстремальные нагрузки.
Итог: китайские исследователи сделали шаг к созданию материала, который сочетает твёрдость алмаза с прочностью, превосходящей вольфрам. Это не просто научный курьёз — это потенциальная революция в промышленности. Если технологию удастся масштабировать, мы увидим инструменты и детали, которые раньше казались невозможными. А пока остаётся следить за новостями из лабораторий.
