Ученые создали новый класс углеродных материалов

Клатраты - соединения включения. Образуются путём включения молекул вещества - «гостя», в полости кристаллической решётки, составленной из молекул другого типа.

0 1 128

Ученые предсказали и синтезировали долгожданный класс «супералмазных» углеродных материалов с настраиваемыми механическими и электронными свойствами. Их работа была опубликована в издании Science Advances.

является четвертым по распространенности элементом во вселенной и является основой жизни, какой мы ее знаем. Он не имеет себе равных в своей способности формировать устойчивые структуры, как в одиночку, так и с другими элементами.

Свойства материала определяются тем, как его связаны, и структурным устройством, которое создают эти связи. Например, для материалов на основе углерода тип связи определяет разницу между твердостью алмаза, который имеет трехмерные связи sp3, и мягкостью графита, который имеет двумерные связи sp2.

Несмотря на огромное разнообразие углеродных соединений, известно всего несколько трехмерных, sp3-связанных материалов на углеродной основе, включая алмаз. Трехмерная структура склеивания делает эти материалы очень привлекательными для многих практических применений благодаря ряду свойств, включая прочность, твердость и теплопроводность.

«Помимо алмаза и некоторых его аналогов, которые включают в себя дополнительные элементы, практически не было создано никаких других расширенных углеродных материалов sp3, несмотря на многочисленные прогнозы потенциально синтезируемых структур с таким типом связи», — говорят ученые.

«Следуя химическому принципу, который указывает, что добавление бора в структуру повысит ее стабильность, мы исследовали еще один трехмерный класс углеродных материалов, называемых клатратами, которые имеют решетчатую структуру клеток, которые улавливают другие типы атомов или молекул».

Клатраты, состоящие из других элементов и молекул, являются известными и были синтезированы или найдены в природе. Однако клатраты на основе углерода до сих пор не были синтезированы, несмотря на давние прогнозы их существования. Исследователи пытались создать их более 50 лет.

Смотрите также  Самовосстанавливающиеся слабые места могут увеличить долговечность алюминия в 25 раз

Ученые подошли к проблеме с помощью комбинированного вычислительного и экспериментального подхода.

Они использовали передовые инструменты поиска структуры, чтобы предсказать первый термодинамически стабильный клатрат на основе углерода, а затем синтезировали клатратную структуру, которая состоит из -борных клеток, которые улавливают стронция, в условиях высокого давления и высоких температур.

В результате получается трехмерный каркас на основе углерода с алмазоподобным соединением, который можно восстановить в условиях окружающей среды. Но в отличие от алмаза стронция, захваченные в клетках, делают материал металлическим, то есть проводящим электричество, с потенциалом сверхпроводимости при заметно высокой температуре.

Более того, свойства клатрата могут меняться в зависимости от типов гостевых атомов в клетках кристаллической решетки.

«Захваченные гостевые взаимодействуют с клетками-хозяевами. В зависимости от конкретных присутствующих атомов клатрат может быть настроен с полупроводника на сверхпроводник, сохраняя при этом прочные алмазоподобные связи. Учитывая большое количество возможных замен, мы представляем совершенно новый класс материалов на основе углерода с высоко настраиваемыми свойствами» — говорят исследователи.


«Carbon-boron clathrates as a new class of sp3-bonded framework materials» Science Advances (2020). advances.sciencemag.org/content/6/1/eaay8361

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x