Af Lisa Zyga
(PhysOrg.com) — i øjeblikket anses diamond for at være det sværeste kendte materiale i verden., Men ved at betragte stor trykstyrke pres under prøvespidser, målespidser af forskere har beregnet, at et materiale kaldet wurtzite bornitrid (w-BN) har en større indrykning styrke end diamant. Forskerne beregnet også, at et andet materiale, lonsdaleit (også kaldet sekskantet diamant, da det er lavet af kulstof og ligner diamant), er endnu stærkere end BN-BN og 58 procent stærkere end diamant, der sætter en ny rekord.,
Denne analyse er det første tilfælde, hvor et materiale, der overstiger diamant i styrke under samme belastningsforhold, forklare undersøgelsens forfattere, der er fra Shanghai Jiao Tong University og University of Nevada, Las Vegas. Undersøgelsen er offentliggjort i en nylig udgave af Physical Revie.Letters.,
“Det nye fund fra vores resultater er, at store normal trykstyrke pres under indenters kan omdanne visse stoffer (som w-BN og lonsdaleite) i nye superhard strukturer, der er hårdere end diamant,” medforfatter Changfeng Chen fra University of Nevada, Las Vegas, fortalte PhysOrg.com. “Dette er en ny mekanisme, der kan bruges til at designe nye superhard materialer.”
Deltag PhysOrg.com på Facebook
forklarer forskerne, at den overlegne styrke af and-BN og lonsdaleite skyldes materialernes strukturelle reaktion på kompression., Normale tryktryk under indenters forårsage materialerne til at gennemgå en strukturel fase transformation til stærkere strukturer, bevare volumen ved at vende deres atombindinger. Forskerne forklarer, at w-BN og lonsdaleite har subtile forskelle i den retningsbestemte arrangementer af deres obligationer sammenlignet med diamant, som er ansvarlig for deres unikke strukturelle reaktion.
under store tryktryk øger BN-BN sin styrke med 78 procent sammenlignet med dens styrke før binding., Forskerne beregnet, at BN-BN når en indrykningsstyrke på 114 GPA (milliarder pascals), langt ud over Diamonds 97 GPA under de samme indryksbetingelser. I tilfælde af lonsdaleit forårsagede den samme kompressionsmekanisme også binding, hvilket gav en indrykningsstyrke på 152 GPA, hvilket er 58 procent højere end den tilsvarende værdi af diamant.
“Lonsdaleit er endnu stærkere end–BN, fordi lonsdaleit er lavet af carbonatomer, og BN-BN består af bor-og nitrogenatomer,” forklarede Chen., “Carbon-carbon-bindingerne i lonsdaleit er stærkere end bor-nitrogen-bindingerne i Lon-BN. Dette er også grunden til, at diamant (med en kubisk struktur) er stærkere end kubisk bornitrid (c-BN).”
Indtil for nylig, normal trykstyrke pres under indenters har ikke været medtaget i beregningerne af de ideelle shear styrker af krystaller fra første principper, men den seneste udvikling har aktiveret forskere til at overveje deres virkninger, hvilket resulterer i overraskende opdagelser, som vist her., Alligevel vil eksperimentering med lon-BN og lonsdaleite være udfordrende, da begge materialer er vanskelige at syntetisere i store mængder. En anden nylig undersøgelse har imidlertid taget en lovende tilgang til fremstilling af nanokompositter af BN-BN og c-BN, som også kan give en måde at syntetisere nanokompositter indeholdende lonsdaleit og diamant.
Ved at vise den underliggende atomistiske mekanisme, der kan styrke nogle materialer, kan dette arbejde give nye tilgange til design af superhard materialer., Som Chen forklarede, superhard materialer, der udviser andre overlegne egenskaber er meget ønskeligt for anvendelser i mange områder af videnskab og teknologi.
“høj hårdhed er kun et vigtigt kendetegn ved superhard materialer,” sagde Chen. “Termisk stabilitet er en anden vigtig faktor, da mange superhard materialer nødt til at modstå ekstrem høj-temperatur miljøer som skæring og boring værktøjer, og som slid, træthed og korrosion, belægninger i applikationer lige fra mikro – og nano-elektronik-til-rum-teknologi., For alle kulstofbaserede superhard materialer, herunder diamant, vil deres carbonatomer reagere med o oxygenygenatomer ved høje temperaturer (ved omkring 600.C) og blive ustabile. Design af nye, termisk mere stabile superhard materialer er derfor afgørende for applikationer med høj temperatur. Desuden, da de fleste almindelige superhard materialer, såsom diamant og kubik-BN, er halvledere, er det meget ønskeligt at designe superhard materialer, der er ledere eller superledere. Derudover er superhard magnetiske materialer nøglekomponenter i forskellige optageenheder.,”
flere oplysninger: Pan, Panicheng; Sun, Hong; ;hang, Yi; og Chen, Changfeng. “Hårdere end diamant: overlegen indrykning styrke Wurt .ite BN og Lonsdaleite.”Fysisk Anmeldelse Letters 102, 055503 (2009).