av Lisa Zyga
(PhysOrg.com) — för närvarande anses diamond vara det mest kända materialet i världen., Men genom att överväga stora trycktryck under fördjupningar har forskare beräknat att ett material som kallas wurtzitbornitrid (w-BN) har en större indragningsstyrka än diamant. Forskarna beräknade också att ett annat material, lonsdaleit (även kallad hexagonal diamant, eftersom den är gjord av kol och liknar diamant), är ännu starkare än w-BN och 58 procent starkare än diamant, sätta ett nytt rekord.,
denna analys markerar det första fallet där ett material överstiger diamant i styrka under samma lastförhållanden, förklara studiens författare, som är från Shanghai Jiao Tong University och University of Nevada, Las Vegas. Studien publiceras i en ny utgåva av fysiska Granskningsbrev.,
”det nya resultatet från våra resultat är att stora normala trycktryck under indragare kan omvandla vissa material (som w-BN och lonsdaleite) till nya superhard strukturer som är svårare än diamant,” coauthor Changfeng Chen från University of Nevada, Las Vegas, berättade PhysOrg.com. ” detta är en ny mekanism som kan användas för att designa nya superhårda material.”
gå med PhysOrg.com på Facebook
forskarna förklara att den överlägsna styrkan i w-BN och lonsdaleite beror på materialets strukturella reaktion på kompression., Normalt trycktryck under indragare orsakar att materialen genomgår en strukturell fasomvandling till starkare strukturer, vilket sparar volymen genom att vända sina atombindningar. Forskarna förklarar att w-BN och lonsdaleite har subtila skillnader i riktningsarrangemangen för deras bindningar jämfört med diamant, som är ansvarig för deras unika strukturella reaktion.
under stora trycktryck ökar w-BN sin styrka med 78 procent jämfört med dess styrka före bond-flipping., Forskarna beräknade att w-BN når en indragningsstyrka på 114 GPa (miljarder Pascal), långt bortom diamantens 97 GPa under samma indragningsförhållanden. I fallet med lonsdaleit orsakade samma kompressionsmekanism också bond-flipping, vilket gav en indragningsstyrka på 152 GPa, vilket är 58 procent högre än motsvarande värde av diamant.
”Lonsdaleit är ännu starkare än w-BN eftersom lonsdaleit är gjord av kolatomer och W-BN består av bor-och kväveatomer”, förklarade Chen., ”Kol-kolbindningarna i lonsdaleit är starkare än bor-kvävebindningar i w-BN. Det är också därför diamant (med en kubisk struktur) är starkare än kubisk bornitrid (c-BN).”
tills nyligen har normala trycktryck under indragare inte inkluderats i beräkningarna av ideala skjuvstyrkor av kristaller från första principer, men den senaste utvecklingen har gjort det möjligt för forskare att överväga deras effekter, vilket resulterar i överraskande upptäckter som den som visas här., Fortfarande kommer det att vara svårt att experimentera med w-BN och lonsdaleit, eftersom båda materialen är svåra att syntetisera i stora mängder. En annan ny studie har dock tagit ett lovande tillvägagångssätt för att producera nanokompositer Av w-BN och c-BN, vilket också kan ge ett sätt att syntetisera nanokompositer som innehåller lonsdaleit och diamant.
dessutom, genom att visa den underliggande atomistiska mekanism som kan stärka vissa material, detta arbete kan ge nya metoder för att utforma superhard material., Som Chen förklarade är superhårda material som uppvisar andra överlägsna egenskaper mycket önskvärda för applikationer inom många områden inom vetenskap och teknik.
”hög hårdhet är bara en viktig egenskap hos superhårda material”, sa Chen. ”Termisk stabilitet är en annan viktig faktor eftersom många superhårda material måste tåla extrema högtemperaturmiljöer som skär – och borrverktyg och som slitage, trötthet och korrosionsbeständiga beläggningar i applikationer som sträcker sig från mikro-och nanoelektronik till rymdteknik., För alla kolbaserade superhårda material, inklusive diamant, kommer deras kolatomer att reagera med syreatomer vid höga temperaturer (vid cirka 600°C) och bli instabila. Så att designa nya, termiskt mer stabila superhårda material är avgörande för högtemperaturapplikationer. Eftersom de vanligaste superhårda materialen, såsom diamant och kubik-BN, är halvledare, är det mycket önskvärt att utforma superhårda material som är ledare eller supraledare. Dessutom är superhard magnetiska material nyckelkomponenter i olika inspelningsenheter.,”
Mer information: Pan, Zicheng; Sol, Hong; Zhang Yi, och Chen, Changfeng. ”Hårdare än diamant: överlägsen indrag styrka Wurtzite BN och Lonsdaleite.”Physical Review Letters 102, 055503 (2009).