Univerzitet Yanshan je napravio značajan napredak u istraživanju faznog prelaza grafit/dijamant

Nedavno su Zhao Zhisheng i drugi iz Državne ključne laboratorije za tehnologiju i nauku pripreme metastabilnih materijala Univerziteta Yanshan, akademik Tian Yongjun i drugi sarađivali sa domaćim i stranim naučnicima kako bi razjasnili problem direktnog faznog prijelaza iz grafita u dijamant pod statičkim visokim pritiskom. , koji muči naučnu zajednicu više od pola veka. , i otkrio novu klasu hibridnih karbonskih materijala sa odličnom kombinacijom svojstava. Rezultati istraživanja pod nazivom "Koherentna sučelja upravljaju direktnom transformacijom od grafita u dijamant" objavljeni su na internetu u časopisu Nature 6. jula 2022.

 

Link za papir: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2.

 

Grafit i dijamant su najčešći ugljični materijali u prirodi. Direktna transformacija iz grafita u dijamant obično se izvodi u "crnoj kutiji" na visokoj temperaturi i visokom pritisku, a o mehanizmu fazne transformacije se dosta raspravljalo. Istraživački tim Univerziteta Yanshan je prvi put uočio i odredio koherentnu strukturu interfejsa između grafita i dijamanta u uzorku grafita koji prolazi kroz parcijalni fazni prijelaz pod statičkim visokim pritiskom, a zatim je razjasnio mehanizam faznog prijelaza grafit/dijamant pod statičkim visokim pritiskom: grafitni sloj prolazi kroz dvije vrste dijamanta. Strukturni element i dva pravokutna strukturna elementa su lokalno povezani kako bi formirali koherentnu međusklopu, a prijelaz od grafita do dijamanta se ostvaruje napredovanjem koherentnog interfejsa u grafitnu regiju. Različite kombinacije strukturnih elemenata formiraju različite koherentne strukture interfejsa, što dovodi do formiranja obilnih podstruktura (greške u slaganju, blizanci, dijamantski polimorfi, itd.) u dijamantskom faznom prelazu. Ovaj novi mehanizam tranzicije čvrsta/čvrsta faza razlikuje se od klasičnog mehanizma rasta nukleacije i kooperativnog smicanja, i može biti primjenjiv na procese prijelaza čvrste i čvrste faze drugih kovalentnih materijala, kao što su IVA jednostavne supstance, IIIA-VA spojevi, itd.

 

Istraživački tim nazvao je ovu vrstu hibridnog karbonskog materijala sa koherentnim interfejsom grafita/dijamanta Gradia. Gradia ima odličnu kombinaciju mehaničkih i električnih svojstava: Knoopova tvrdoća je podesiva između 51-115GPa; otpornost sobne temperature je podesiva između 8´10-4-4.9´105Ω m; žilavost loma je vrlo visoka i ne može. Mjerenja su vršena konvencionalnom metodom udubljenja. Gradia kombinuje prednosti performansi grafita i dijamanta, a njegove performanse se mogu dodatno prilagoditi promjenom omjera grafita i dijamanta. To je nova generacija karbonskog materijala visokih performansi koji ostvaruje kombinaciju električne provodljivosti/supertvrdoće, ekstremne žilavosti/ultra tvrdoće i drugih vrhunskih svojstava.

 

Mehanizam direktnog faznog prijelaza grafit/dijamant koji je otkriven istraživanjem obogaćuje tipove prijelaza čvrste/čvrste faze, a otkriveni novi hibridni karbonski materijali daju inspiraciju za razvoj novih materijala visokih performansi. Rezultati istraživanja su aplicirani za patente izuma u Kini, Sjedinjenim Državama, Japanu i Evropi. Prethodni teorijski rad koji predviđa da ova vrsta hibridne strukture može postojati stabilno je objavljen u Činu. Phys. Lett. 38, 028102 (2021); Brada. Phys. Lett. 39, 036301 (2022); Mater. Today Phys. 23, 100630 (2022).

 

Ovaj rad je podržan od strane Nacionalne fondacije za prirodne nauke Kine (52090020, 91963203, 51772260, U20A20238, itd.), Nacionalnog ključnog istraživačkog i razvojnog programa (2018YFA0703400, 2018YFA0305900), i 2018YFA0305900, i 2018YFA0305900. . Koautori rada su Luo Kun, Liu Bing, Hu Wentao i Dong Xiao, a odgovarajući autor je profesor Zhao Zhisheng.