Av Lisa Zyga
(PhysOrg.com) — i Dag, diamond er ansett for å være den hardeste kjente stoffet i verden., Men ved å vurdere stor compressive presset under indenters, forskere har beregnet at et materiale som heter wurtzite boron nitride (w-BN) har et større innrykk styrke enn diamant. Forskerne har også beregnet at et annet materiale, lonsdaleite (også kalt sekskantet diamond, siden det er laget av karbon, og er lik diamond), er enda sterkere enn b-BN og 58 prosent sterkere enn diamant, sette en ny rekord.,
Denne analysen markerer det første tilfellet hvor en vesentlig overstiger diamant i styrke under samme belastning, forklarer studien forfatterne, som er fra Shanghai Jiao Tong University og University of Nevada, Las Vegas. Studien er publisert i siste utgave av Physical Review Letters.,
«nye funn fra våre resultater er at store normal compressive presset under indenters kan forvandle visse materialer (for eksempel w-BN og lonsdaleite) inn i nye superhard strukturer som er hardere enn diamant,» medforfatter Changfeng Chen fra University of Nevada, Las Vegas, fortalte PhysOrg.com. «Dette er en ny mekanisme som kan brukes til å designe nye superhard materialer.»
Bli med PhysOrg.com på Facebook
forskerne forklare at overlegen styrke w-BN og lonsdaleite er på grunn av materialene’ strukturelle reaksjon komprimering., Normal compressive presset under indenters føre til materialer for å gjennomgå en strukturell fase transformasjon til sterkere strukturer, spare-volum ved å vippe sine atom-obligasjoner. Forskerne forklarer at w-BN og lonsdaleite har små forskjeller i det orienterbare arrangementer av sine obligasjoner sammenlignet med diamant, som er ansvarlig for deres unike strukturelle reaksjon.
Under store compressive press, w-BN øker sin styrke med 78 prosent sammenlignet med sin styrke før bond-flipping., Forskerne beregnet at w-BN når et innrykk styrke 114 GPa (milliarder av pascals), godt utover diamond ‘ s 97 GPa under samme innrykk forhold. I tilfelle av lonsdaleite, den samme komprimering mekanismen også forårsaket bond-flipping, som gir et innrykk styrke 152 GPa, som er 58 prosent høyere enn tilsvarende verdi av diamant.
«Lonsdaleite er enda sterkere enn b-BN fordi lonsdaleite er laget av karbon atomer og w-BN består av boron og nitrogen atomer,» Chen forklart., «Karbon-karbon obligasjoner i lonsdaleite er sterkere enn boron-nitrogen obligasjoner i w-BN. Dette er også grunnen til diamond (med en kubisk struktur) er sterkere enn kubikk boron nitride (c-BN).»
Inntil nylig, normal compressive presset under indenters har ikke vært inkludert i beregningene av ideelle skjær styrker av krystaller fra første prinsipper, men siste utviklingen har gjort det mulig for forskere å vurdere deres virkninger, noe som resulterer i overraskende funn, som vist her., Likevel, eksperimentere med w-BN og lonsdaleite vil være utfordrende, siden begge materialene er vanskelig å lage i store mengder. Men, en annen nylig studie har tatt en lovende metode for å produsere nanocomposites av w-BN-og c-BN, som kan også være en måte å syntetisere nanocomposites inneholder lonsdaleite og diamant.
I tillegg, ved å vise de underliggende atomistic mekanisme som kan styrke enkelte materialer, dette arbeidet kan gi nye tilnærminger for å utforme superhard materialer., Som Chen forklart, superhard materiale som viser andre overlegne egenskaper er svært ønskelig for programmer i mange områder av vitenskap og teknologi.
«Høy hardhet er bare en viktig karakteristikk av superhard materialer,» Chen sa. «Termisk stabilitet er en annen viktig faktor, siden mange superhard materialer må tåle ekstrem høy temperatur miljøer som skjæring og boring verktøy og som slitasje, utmatting og korrosjonsbestandig belegg i programmer, alt fra mikro – og nano-elektronikk i verdensrommet teknologi., For alle karbon-basert superhard materialer, inkludert diamond, deres karbon atomer reagerer med oksygen atomer ved høye temperaturer (rundt 600°C) og ustabil. Så å designe nye, termisk mer stabil superhard materialer er avgjørende for høy temperatur. Videre, siden de fleste vanlige superhard materialer, som diamant og kubikk-BN, er halvledere, det er sterkt ønskelig å utforme superhard materialer som er ledere eller superledere. I tillegg, superhard magnetiske materialer er viktige komponenter i ulike opptaksenheter.,»
Mer informasjon: Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; og Chen, Changfeng. «Hardere enn Diamant: Superior Innrykk Styrke Wurtzite BN og Lonsdaleite.»Physical Review Letters 102, 055503 (2009).