Материал тверже алмаза теперь можно получать промышленным путем

В России создан новый способ получения самого твердого материала на земле. Открытие наших ученых способно помочь поставить производство фуллерита на поток.

Ученые Троицкого технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов (ТИСНУМ), МФТИ, МИСиС и МГУ разработали новый метод синтеза фуллерита, сообщает Газета.Ru со ссылкой на пресс-релиз, поступивший в редакцию, а также статью, опубликованную в научном журнале Carbon.

Фуллерит – наиболее твердый из существующих на сегодняшний день материалов. Он примерно в 1,17–1,52 раза тверже алмаза. Так, натуральные алмазы имеют твердость около 150 гигапаскалей (ГПа). Твердость фуллерита – от 150 до 300 ГПа.

Проблема в том, что это вещество доступно пока только в микроскопических количествах. До сих пор методов, которые позволили бы получать фуллерит в промышленных масштабах, не существовало, поскольку для этого требуется колоссальное давление (как минимум 130 тысяч атмосфер) и температура свыше 820 градусов Цельсия.

Российские ученые придумали способ, при котором образование ультратвердого материала идет при давлении 80 тысяч атмосфер и комнатной температуре. Секрет – в добавлении к исходной смеси реагентов сероуглерода, который играет роль катализатора в синтезе фуллерита.

«Открытие российских ученых создает новое направление в области материалов, поскольку существенно снижает давление синтеза и позволяет промышленно получать фуллерит и его производные», – пояснил ведущий автор исследования, заведующий лабораторией функциональных наноматериалов в ТИСНУМ Михаил Попов.

Фуллериты – это материалы, состоящие из фуллеренов, молекул в виде сфер из атомов углерода. Первый фуллерен – бакминстерфуллерен – синтезирован в 1985 году. За его открытие в 1996-м была присуждена Нобелевская премия по химии.

Впервые твердый фуллерит наблюдали Кречмер и Хуффман в мае 1990 года в одной из лабораторий Института ядерной физики в Гейдельберге (Германия). Они получили его путем выпаривания раствора фуллеренов в толуоле. В 1995 году один грамм фуллерита стоил около 100 долларов США. Столь высокая стоимость объяснялась тем, что существующие способы получения фуллеренов были весьма малопроизводительны – около 1 грамма в час.

Тогда же, в середине 90-х, широко обсуждались варианты практического применения фуллеренов. Так, корпорация «Мицубиси» решила использовать их в качестве основы для производства аккумуляторных батарей. Емкость таких аккумуляторов примерно в пять раз больше обычных. Кроме того, батареи на фуллеренах характеризуются малым весом, а также высокой экологической и санитарной безопасностью. В корпорации планировали использовать такие аккумуляторы для питания персональных компьютеров и слуховых аппаратов.

Помимо этого, предлагалось использовать фуллерены для создания фотоприемников и оптоэлектронных устройств, алмазных и алмазоподобных пленок, сверхпроводящих материалов, а также в качестве красителей для копировальных машин.

Большие перспективы видятся специалистам в плане использования фуллеренов в фармакологии. В частности, для создания противораковых медицинских препаратов на основе водорастворимых эндоэдральных соединений фуллеренов с радиоактивными изотопами.

Фуллериты в настоящее время интересны, в первую очередь, специалистам по обработке металлов и других материалов.

В статье, опубликованной в журнале Carbon, ученые напомнили, что алмаз давно не является самым твердым материалом на земле. Открыто или получено искусственным путем несколько веществ, близких и превосходящих алмаз по твердости. Например, нитрид бора, лонсдейлит и другие. Все материалы, которые превосходят алмаз по твердости, получили название ультратвердые. Материалы мягче алмаза, но тверже нитрида бора обозначают как сверхтвердые.

Не исключено, что дешевле всего получать фуллерены в готовом виде из земных недр, писал несколько лет назад известный физик, доктор технических наук, профессор Воронежского государственного технического университета Иван Золотухин. Он напоминал, что природный углеродсодержащий минерал шунгит, запасы которого в Карелии составляют сотни миллионов тонн, содержит 0,1% фуллеренов. Таким образом, из каждой тонны минерала можно получить до килограмма фуллерита, поэтому на очереди – разработка промышленного метода извлечения фуллеренов из шунгита.