Российские учёные синтезировали новый сверхтвердый материал
Российские учёные синтезировали новый сверхтвердый материал, состоящий из скандия, содержащего углерод. Он состоит из полимеризованных молекул фуллерена с атомами скандия и углерода внутри. Работа прокладывает путь для будущих исследований сверхтвердых материалов на основе фуллеренов, делая их потенциальными кандидатами для фотоэлектрических и оптических устройств, элементов наноэлектроники и оптоэлектроники, а также биомедицинской инженерии в качестве высокоэффективных контрастных веществ. Исследование было опубликовано в Carbon.
Открытие почти 40 лет назад новых полностью углеродных молекул, известных как фуллерены, стало революционным прорывом, проложившим путь к фуллереновой нанотехнологии. Фуллерены имеют сферическую форму, состоящую из пятиугольников и шестиугольников, которая напоминает футбольный мяч, а полость внутри углеродного каркаса молекул фуллерена может вмещать множество атомов.
Внедрение атомов металла в углеродные клетки приводит к образованию эндоэдральных металлофуллеренов (ЭМФ), имеющих важное технологическое и научное значение благодаря своей уникальной структуре и оптоэлектронным свойствам.
Коллектив сотрудников НИТУ «МИСиС», Технологического института сверхтвердых и новых углеродных материалов и Института физики имени Киренского впервые получил скандийсодержащие ЭМП и изучил процесс их полимеризации. Полимеризация — это процесс, при котором несвязанные молекулы соединяются вместе, образуя химически связанный полимеризованный материал. Большинство реакций полимеризации протекают быстрее при высоком давлении .
После того как скандийсодержащие фуллерены были получены из углеродного конденсата с помощью плазмы высокочастотного дугового разряда, они были помещены в ячейку с алмазными наковальнями — наиболее универсальное и популярное устройство, используемое для создания очень высоких давлений.
«Мы обнаружили, что атомы-гости облегчают процесс полимеризации. Атомы скандия полностью изменяют процесс связывания фуллеренов за счет поляризации углеродных связей, что приводит к увеличению их химической активности. Полученный материал был менее жестким, чем исходные полимеризованные фуллерены, он было проще получить», — рассказал старший научный сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов НИТУ «МИСиС» Павел Сорокин.
Исследование откроет путь для изучения эндоэдральных комплексов фуллерита как макроскопического материала и позволит рассматривать ЭМП не только как наноструктуру, представляющую фундаментальный интерес, но и как перспективный материал, который может быть востребован в различных областях науки и техники в будущее, считают исследователи.
