Супермен, главный герой одноименных комиксов и
научно-фантастических фильмов, мог делать алмазы, просто сжимая кусок угля в
своем кулаке. А ученые из университета Райс (Rice University) пошли по
несколько иному пути, они получают алмазные нанокристаллы и другие формы
углерода, поражая мишень разогнанными до высоких скоростей углеродными
нанотрубками. Такой процесс получения алмазных нанокристаллов не сделает никого
богатым, однако, он "обогатит" ученых и инженеров, занимающихся
разработкой космической техники и другой техники, подвергающейся периодическому
кратковременному воздействию от ударов частиц, летящих на высокой скорости.
Исследования, проведенные группой Пуликеля Аджаяна
(Pulickel Ajayan) и Дугласа Гэльвэо (Douglas Galvao), показали, что энергия, выделяющаяся
при столкновении нанотрубки с мишенью, расходуется на разрушение химических
связей между атомами углеродной нанотрубки. Эти атомы, оказавшиеся в свободном
состоянии, повторно объединяются, а условия окружающей среды определяют тип
новой структуры углерода.
Знания о том, как ведут себя атомы различных элементов в
подобных условиях, позволят учеными и инженерам разработать новые виды
сверхлегких материалов с уникальными механическими свойствами для космической
техники, которая обретет способность выдерживать удары высокоскоростных
объектов, таких, как микрометеориты.
Во время своих исследований ученые упаковали углеродные
нанотрубки в виде шариков и разогнали их внутри оптическо-газовой пушки,
созданной специально для этих целей. Нанотрубочные шарики разгонялись до трех
различных фиксированных скоростей и поражали мишень, изготовленную из алюминия.
Самое большое количество алмазных нанокристаллов образовывалось при разгоне
шариков до скорости в 3.9 километра в секунду. Меньшее их количество образовывалось
при скорости в 5.2 километра в секунду, а при скорости в 6.9 километра в
секунду алмазы уже практически не образовывались. Вместо этого почти все
нанотрубки расщеплялись на узкие полосы одномерного материала - графена.
При высокой скорости разгона нанотрубок получившиеся при
этом полосы графена "сваривались" друг с другом и с другими
нанотрубками, образуя весьма причудливые структуры, видимые только под
электронным микроскопом. Кроме этого, вид "конечного продукта" от
столкновения нанотрубок с мишенью очень сильно зависит не только от скорости
разгона, на это влияет ориентация нанотрубок относительно мишени и относительно
друг друга, количество стенок нанотрубок, их длина и т.п.
"Во время предыдущих исследований мы узнали, что
при гиперскоростном ударе из углеродных нанотрубок должны формироваться
графеновые наноленты" - рассказывает Дуглас Гэльвэо, - "Мы ожидали
получить хаотичные наноструктуры из "сваренных" друг с другом форм
углерода. Но мы были удивлены появлением хорошо структурированных алмазных
нанокристаллов".
И в заключении следует отметить, что данный метод можно
считать весьма перспективным методом производства наноструктурированных
материалов не только на основе углерода, но и на основе других химических
элементов. И, несмотря на достаточную дороговизну такого метода, он может
оказаться единственным доступным на сегодняшний день методом производства
определенных материалов, обладающих целым набором уникальных физических и
химических свойств.
Источник: dailytechinfo.org
