door Lisa Zyga
afbeelding>een diamanten ring. Wetenschappers hebben berekend dat wurtzittboornitride en lonsdaleite (zeshoekige diamant) beide een grotere inspringkracht hebben dan diamant. Bron: Engelse Wikipedia.
(PhysOrg.com) — momenteel wordt diamant beschouwd als het hardst bekende materiaal ter wereld., Maar door het overwegen van grote drukdruk onder inspringers, hebben wetenschappers berekend dat een materiaal genaamd wurtzite boriumnitride (w-BN) een grotere inspringsterkte heeft dan diamant. De wetenschappers berekenden ook dat een ander materiaal, lonsdaleite (ook wel zeshoekige diamant genoemd, omdat het is gemaakt van koolstof en is vergelijkbaar met diamant), is zelfs sterker dan w-BN en 58 procent sterker dan diamant, het instellen van een nieuw record.,
Deze analyse markeert het eerste geval waarin een materiaal diamant in sterkte overschrijdt onder dezelfde beladingsomstandigheden, verklaart de auteurs van de studie, die afkomstig zijn van Shanghai Jiao Tong University en de Universiteit van Nevada, Las Vegas. De studie is gepubliceerd in een recent nummer van Physical Review Letters.,”de nieuwe bevinding van onze resultaten is dat grote normale drukdruk onder inspringers bepaalde materialen (zoals w-BN en lonsdaleite) kan transformeren in nieuwe supersterke structuren die harder zijn dan diamant,” vertelde coauteur Changfeng Chen van de Universiteit van Nevada, Las Vegas, PhysOrg.com “Dit is een nieuw mechanisme dat kan worden gebruikt om nieuwe supersterke materialen te ontwerpen.”
Join PhysOrg.com op Facebook leggen de wetenschappers uit dat de superieure sterkte van W-BN en lonsdaleite te wijten is aan de structurele reactie van het materiaal op compressie., Normale drukdruk onder inspringers zorgen ervoor dat de materialen een structurele fasetransformatie ondergaan in sterkere structuren, waardoor het volume wordt behouden door hun atomaire bindingen om te draaien. De wetenschappers leggen uit dat w-BN en lonsdaleite subtiele verschillen hebben in de richting van hun bindingen vergeleken met diamant, wat verantwoordelijk is voor hun unieke structurele reactie.
onder grote drukdruk verhoogt w-BN zijn sterkte met 78 procent vergeleken met zijn sterkte vóór bond-flipping., De wetenschappers berekenden dat w-BN een inspringsterkte bereikt van 114 GPa( miljarden Pascal ‘s), veel meer dan diamond’ s 97 GPa onder dezelfde inspringomstandigheden. In het geval van lonsdaleite veroorzaakte hetzelfde compressiemechanisme ook bond-flipping, wat een inspringsterkte van 152 GPa opleverde, wat 58 procent hoger is dan de overeenkomstige waarde van diamant. “Lonsdaleite is zelfs sterker dan w-BN omdat lonsdaleite gemaakt is van koolstofatomen en w-BN bestaat uit boor-en stikstofatomen,” legde Chen uit., “De koolstof-koolstofbindingen in lonsdaleite zijn sterker dan boor-stikstofbindingen in w-BN. Dit is ook de reden waarom diamant (met een kubieke structuur) sterker is dan kubisch boriumnitride (c-BN).”
tot voor kort werden normale drukdrukken onder inspringers niet opgenomen in de berekeningen van ideale afschuifsterktes van kristallen uit de eerste principes, maar de laatste ontwikkelingen hebben onderzoekers in staat gesteld hun effecten te overwegen, wat resulteerde in verrassende ontdekkingen zoals hier getoond., Toch zal het experimenteren met W-BN en lonsdaleite een uitdaging zijn, omdat beide materialen moeilijk te synthetiseren zijn in grote hoeveelheden. Nochtans, heeft een andere recente studie een veelbelovende benadering genomen om nanocomposieten van w-BN en c-BN te produceren, die ook een manier kunnen verstrekken om nanocomposieten te synthetiseren die lonsdaleite en diamant bevatten.
bovendien kan dit werk, door het onderliggende atomistische mechanisme aan te tonen dat sommige materialen kan versterken, nieuwe benaderingen bieden voor het ontwerpen van supersterke materialen., Zoals Chen uitlegde, zijn superhard materialen die andere superieure eigenschappen vertonen zeer wenselijk voor toepassingen in vele gebieden van wetenschap en technologie.”hoge hardheid is slechts een belangrijk kenmerk van supersterke materialen,” zei Chen. “Thermische stabiliteit is een andere belangrijke factor omdat veel supersterke materialen bestand moeten zijn tegen extreme hoge – temperatuur omgevingen als snij-en boorgereedschap en als slijtage, vermoeidheid en corrosiebestendige coatings in toepassingen variërend van micro-en nano-elektronica tot ruimtetechnologie., Voor alle op koolstof gebaseerde superhard materialen, inclusief diamant, zullen hun koolstofatomen reageren met zuurstofatomen bij hoge temperaturen (bij ongeveer 600°C) en onstabiel worden. Het ontwerpen van nieuwe, thermisch stabielere superhard materialen is dus cruciaal voor toepassingen bij hoge temperaturen. Aangezien de meeste superhard materialen, zoals diamant en kubieke BN, halfgeleiders zijn, is het bovendien zeer wenselijk om superhard materialen te ontwerpen die geleiders of supergeleiders zijn. Bovendien zijn supersterke magnetische materialen belangrijke componenten in verschillende opnameapparaten.,”
meer informatie: Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; and Chen, Changfeng. “Harder than Diamond: Superior Indentation Strength of Wurtzite BN and Lonsdaleite.”Physical Review Letters 102, 055503 (2009).