Новый материал Q-углерод превращается в алмаз при обычном давлении

Создана модификация твёрдого углерода, которая в природе встречается лишь в ядрах некоторых планет. Она твёрже алмаза, способна светиться под действием излучения низких энергий и обладает ферромагнитными свойствами

Создана модификация твёрдого углерода, которая в природе встречается лишь в ядрах некоторых планет. Она твёрже алмаза, способна светиться под действием излучения низких энергий и обладает ферромагнитными свойствами
(фото Swamibu/Wikipedia).

Изображение плёнки из Q-углерода, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

Изображение плёнки из Q-углерода, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа
(фото Jagdish Narayan/NC State University).

Создана модификация твёрдого углерода, которая в природе встречается лишь в ядрах некоторых планет. Она твёрже алмаза, способна светиться под действием излучения низких энергий и обладает ферромагнитными свойствами
Изображение плёнки из Q-углерода, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа

Химический элемент углерод обладает самым большим числом аллотропических модификаций, которые радикально отличаются друг от друга по строению и свойствам. Из атомов углерода состоят алмазы, графитовые стержни, графеновые нанотрубки, фуллерены и ещё ряд самых разных веществ.

В новом исследовании учёные из Университета Северной Каролины создали новую модификацию твёрдого углерода, получившую название Q-углерод. По словам профессора Джея Нараяна (Jay Narayan), который возглавлял научную группу, в природе эта форма может встречаться лишь в ядрах некоторых планет.

Необычная модификация оказалась твёрже алмаза, способна светиться под действием излучения низких энергий и в отличие от других видов твёрдого углерода обладает ферромагнитными свойствами.

Для изготовления Q-углерода исследователи покрывали подложку из сапфирового стекла или пластикового полимера аморфной формой углерода, которая не имеет упорядоченной кристаллической решётки. Затем на углерод направляли короткие лазерные импульсы, в ходе воздействия которых температура материала поднималась выше 3700 градусов по Цельсию. После быстрого охлаждения на подложке оставалась плёнка Q-углерода толщиной от 20 до 500 нанометров. Кроме того, используя разные подложки, регулируя длительность лазерного импульса и изменяя скорость охлаждения, команда научилась преобразовывать Q-углерод в алмазные структуры.

"Мы можем создать алмазные нано- и микроиглы, наноточки или пленки большой площади, которые можно использовать для доставки лекарств, в различных производственных процессах и для создания высокотемпературных переключателей и силовой электроники, – объясняет Нараян в пресс-релизе. – Эти объекты имеют монокристаллическую структуру, что делает их прочнее поликристаллических материалов".

Важной особенностью новой технологии является то, что изготовление кристаллов происходит при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении (если говорить о внешней среде). Для сравнения: синтетические алмазы изготавливают при давлении в несколько тысяч атмосфер. Кроме того, учёные использовали лазер, который широко применяется для глазной хирургии. Таким образом, этот способ получения алмазных структур прост в исполнении и не требует больших затрат на реализацию.

Нараян признаёт, что изучение нового материала находится на самой ранней стадии, и пока можно лишь предполагать, какими будут его будущие сферы практического применения. Группа подала два патента на изготовление Q-углеродной плёнки и алмазных структур.

Подробные результаты работы были опубликованы в двух статьях в изданиях Journal of Applied Physics и APL Materials.