Kuzini & Friends

Ученые разработали простой и сравнительно недорогой метод получения материала, по твердости превосходящего алмаз. Об этом со ссылкой на New Scientist сообщает Компьюлента. Материал, полученный из металла рения и бора, по своим свойствам напоминает как металл, так и кристалл. До настоящего времени алмаз оставался самым твердым из известных материалов и находил применение в инструментальной технике, хотя в ряде случаев применение алмазных резцов невозможно или нежелательно. Например, обработка стали или других сплавов железа алмазными резцами может приводить к образованию карбидов железа и, как следствие, разрушению инструмента. Альтернативой алмазу являются соединения бора с неметаллами (давно известный BN и синтезированные недавно B6O и BC2N), однако для получения этих соединений требуется давление не менее 50000 атм. и температура не менее 1500 градусов.

По словам Сары Толберт из Университета штата Калифорния в Лос-Анджелесе, принимавшей участие в исследованиях вместе с Ричардом Кейнером и другими учеными, до сего времени сверхпрочные материалы были очень дорогостоящими, так как их приходилось изготавливать при очень высоком давлении. Вещество, созданное исследователями, называется диборидом рения и не требует высокого давления при его получении.

Прежде всего ученые приняли во внимание основной фактор, благодаря которому материал приобретает твердость. Металлы с трудом подвергаются сжатию, поскольку их атомы окружены плотным кольцом электронов, которые отталкивают соседние атомы. Такие материалы, однако, сгибаются. Атомы же в кристаллах подобных алмазу образуют четкую структуру, не позволяющую согнуть или разбить их.

Толберт и ее коллеги смогли найти метод, благодаря которому материал может обладать всеми перечисленными свойствами. Они совместили плохо сжимаемый металл рений с бором, который, в соединении с первым сформировал плохо сжимаемое вещество с жесткой структурой атомов внутри. Диборид рения оказался близок по твердости к самым твердым веществам в мире, он способен поцарапать алмаз, а также может резать сталь, не вступая в химическую реакцию с металлом.

Исследователи из Калифорнии в течение пяти дней нагревали смесь порошков рения и бора в запаянной ампуле при температуре 1000 градусов и получили слиток ReB2, твердость которого сравнима с твердостью кубической формы BN. Причину высокой твердости борида рения исследователи видят в комбинации высокой плотности электронов и коротких связей с ярко выраженным ковалентным характером (характеристика связей похожа на связи в алмазе). Металлический рений является относительно мягким материалом (благодаря ненаправленному характеру металлической связи), однако введение атомов бора в кристаллическую решетку приводит лишь к ее 5% расширению. В результате всего вышесказанного образуется очень плотно упакованная структура, характеризующаяся самыми короткими связями металл-металл среди известных диборидов металлов.