Новый материал был разработан в Китае.
Учёные из Китая создали композитный материал, основанный на алмазе, который сохраняет его уникальную твердость, но обладает значительно лучшей устойчивостью к разрушению. Исследование было опубликовано в рецензируемом журнале Nature Synthesis.
Алмаз является самым твердым природным материалом, однако он имеет один существенный недостаток — хрупкость. Сильный удар может привести к образованию трещины и разрушению кристалла. Исследователям из Института физики Китайской академии наук и Пекинского университета авиации и космонавтики удалось решить эту проблему, создав внутри алмаза своеобразный армирующий каркас.
Основой новой структуры стали многостенные углеродные нанотрубки. Они примерно в 10 тысяч раз тоньше человеческого волоса, но значительно прочнее стали. Ранее попытки объединить нанотрубки с металлами и керамикой не приносили желаемых результатов: материалы плохо взаимодействовали между собой и не могли эффективно передавать нагрузку.
На этот раз ученые тщательно перемешали алмазный порошок с нанотрубками и подвергли полученную смесь температуре около 2000 °C и давлению 15 ГПа. Эти условия позволили установить прочные химические связи между нанотрубками и алмазом, сохранив при этом волокнистую структуру углеродных элементов. В результате внутри материала сформировалась трехмерная сеть, похожая на арматуру в железобетоне. Нанотрубки соединяют алмазные зерна и способствуют равномерному распределению нагрузки по всему объему композита.
Испытания показали, что твердость материала составляет около 91,6 ГПа, что сопоставимо с обычным монокристаллическим алмазом. Ударная вязкость достигает 36,4 МПа·м¹/² — примерно в пять-шесть раз больше, чем у стандартных вольфрамовых сплавов. Микроскопические наблюдения продемонстрировали, что при образовании трещины нанотрубки изменяют направление её распространения. Они как множество прочных канатов удерживают повреждённую область, поглощают энергию и препятствуют быстрому распространению трещины через весь материал.
Ученые полагают, что новая технология может быть применена в производстве сверхтвердых режущих инструментов, буровых установок, оборудования для обработки металлов и керамики, а также в аэрокосмической сфере. Исследования проводятся при поддержке национального научно-исследовательского центра в пекинском научном городе Хуайжоу, где материалы испытываются в экстремальных условиях.
<div class="mediaPollEmbed" data-prerendered><noscript><section><h2>Опрос: как россияне относятся к ИИ рекламе</h2><p>10 вопросов</p><form method="POST" action="https://media-poll.mail.ru/api/8b587c35-6a8b-5d2d-a989-13c44644db98"><fieldset><legend>Можете ли вы отличить рекламу, созданную искусственным интеллектом, от рекламы, сделанной человеком?</legend><label><input type="radio" name="30620" value="105507"/>Да</label><br/><label><input type="radio" name="30620" value="105508"/>Скорее да</label><br/><label><input type="radio" name="30620" value="105509"/>Скорее нет</label><br/><label><input type="radio" name="30620" value="105510"/>Нет</label><br/></fieldset><button type="submit">Далее</button></form></section></noscript></div><script type="text/javascript">(function(window){var mediaPoll=(window.mediaPoll=window.mediaPoll||{});var container=document.currentScript.previousElementSibling;var uuid="8b587c35-6a8b-5d2d-a989-13c44644db98";mediaPoll.loadAPIPromise=mediaPoll.loadAPIPromise||new Promise((resolve,reject)=>{const loadScript=(onload,onerror)=>{var head=document.getElementsByTagName('head')[0];var script=document.createElement('script');script.async=true;script.onload=onload;script.onerror=onerror;script.src='https://media-poll.mail.ru/-/1786454315530/embed/main.js';head.appendChild(script)};loadScript(resolve,()=>{mediaPoll.loadAPIPromise=null;reject()})});mediaPoll.loadAPIPromise.then(()=>{window.mediaPoll.render(uuid,container)})})(window)</script>
Фото: hi-tech.mail.ru