Российские ученые из МФТИ и Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ) Павел Сорокин и Сергей Ерохин впервые разобрались в причинах повышенной упругости некоторых поликристаллических алмазов, по сравнению с обычными монокристаллами? Оказалось, что если «зерна» поликристаллических алмазов имеют определенный размер, они способны активно противостоять давлению извне. Результаты этого исследования, опубликованные в журнале Applied Physics Letters, пересказывает издание «Наука и технологии России».

Поликристаллические алмазы, в отличие от обычных, представляют собой не единый монокристалл, а состоят из множества отдельных зерен-кристаллитов. Опытным путем было установлено, что они иногда демонстрируют аномально высокую упругость, выше, чем у монокристаллического алмаза, который считается самым жестким кристаллом из существующих.

Сорокин и Ерохин смоделировали на компьютере поведение поликристаллических алмазов с разным размером и формой зерен. Выяснилось, что отдельные кристаллиты реагируют на равномерное давление с разных сторон неравномерно, деформируясь в разных направлениях и по-разному контактируя друг с другом. Можно сказать, что они реагируют на давление активно. Этот эффект и делает весь поликристалл более жестким.

«Поликристаллические алмазы могут превосходить монокристалл в жесткости, и связано это исключительно с наноразмерным эффектом: кристаллиты в этом поликристалле могут иметь такую форму, что при механической деформации этого поликристалла его механический отклик будет иметь большую величину», — объяснил Павел Сорокин.

Степень увеличения прочности зависит от формы и размера кристаллитов. Самые удачные поликристаллические алмазы получаются из зерен размером 10 нанометров.

Это открытия дает возможность в перспективе разрабатывать новые сверхтвердые материалы.

«Подобные материалы имеют большое значение в различных областях промышленности, поскольку могут использоваться в качестве износостойких покрытий, абразивных материалов, в качестве инструментов для огранки и полировки. Таким образом, поиск и синтез новых сверх- и ультратвердых материалов с твёрдостью, сравнимой или даже твёрже, чем у алмаза, представляет особую важность с точки зрения как фундаментальной науки, так и прикладных применений», — резюмировал Сорокин.

Заметим, что над разработкой новых перспективных материалов работают не только в Москве, но и в других городах России. Так, недавно новосибирцы разработали сорбенты с заданными свойствами, позволяющие аккумулировать бросовое тепло и создавать эффективные экологичные холодильники.