Выяснена структура сверхтвердых материалов | Популярный Университет

Выяснена структура сверхтвердых материалов

Выяснена структура сверхтвердых материалов

В поисках  новых сверхтвердых соединений, сравнимых по твердости с алмазом, исследователи провели компьютерное моделирование кристаллической структуры боридов молибдена. Оказалось, что наиболее энергетически выгодными являются соединения, в которых на один атом молибдена  приходится от четырех до пяти атомов бора (высшие бориды), причем наиболее стабильным из них является пентаборид. Рассчитанная твердость MoB5 по Виккерсу составила 37-39 ГПа, что позволяет рассматривать его как потенциальный сверхтвердый материал. Работа опубликована в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.

Ранее группа  физиков под руководством Артема Оганова, профессора Сколтеха и МФТИ, опубликовала  работу, в которой был предложен список твердых и сверхтвердых материалов, имеющих потенциальное приложение во многих областях промышленности. Этот список, полученный с помощью эволюционного алгоритма предсказания кристаллических  структур USPEX и новых методов расчета твердости по Виккерсу  (давления, необходимого, чтобы получить отпечаток пирамидальной формы  на материале) и трещинностойкости  (способности материала сопротивляться распространению трещин), ученые назвали «картой сокровищ» для экспериментаторов.

В нынешней  работе  ученые из Сколтеха, МФТИ, Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН, Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н. И. Пирогова и Северо-Западного политехнического университета (г. Сиань, Китай)  исследовали  «карту» в области боридов молибдена. Бориды переходных  металлов могут заменить традиционно используемые твердые сплавы и сверхтвердые материалы в ряде технологических приложений.

Их синтез, в отличие от широко используемого алмаза и кубического нитрида бора, не требует высокого давления, что удешевляет производство. Высокая плотность электронов на внешней оболочке атомов металла препятствует сжиманию (электроны начинают отталкивать друг друга), а прочные ковалентные связи бор-бор и бор-металл отвечают за прочность  при упругой и пластической деформациях. В предыдущей работе  ученые нашли новую, ранее неизвестную структуру борида вольфрама: WB5, пентаборид, и выяснили, что она является сверхтвердой.

Стабильным  высшим боридом молибдена оказался пентаборид MoB5, однако рассчитанные дифрактограммы были близки, но не совпадали с экспериментальными данными. Предсказанный пентаборид имел небольшое число слабых пиков, которые отсутствовали в эксперименте. Это указывало на более высокую симметрию в экспериментальном образце. Основными  структурными элементами нового соединения являются атомы бора, соединенные в графеноподобные слои, слои атомов молибдена и треугольники В3 из атомов бора. Слои бора и слои молибдена чередуются между собой, при этом часть атомов молибдена замещена В3-треугольниками,  равномерно распределенными по объему кристалла. 

«Мы  выдвинули предположение, что структура высшего борида должна иметь разупорядоченную структуру, в которой треугольники бора будут статистически замещать атомы молибдена. Для подтверждения этого нами была разработана решеточная модель, позволяющая определить  правила, по которым треугольники бора должны располагаться в кристалле, чтобы иметь наименьшую энергию», — говорит Дмитрий  Рыбковский,  первый автора работы, научный сотрудник Сколтеха и ИОФ им. А.М. Прохорова РАН. 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: