Хаос в атомах повышает прочность углеродных материалов

При производстве углеродных материалов мягкие углеводороды спекаются в бескислородной среде, однако, до сих пор было не ясно, делает ли хаотичное расположение атомов материал прочнее или мягче, и какова оптимальная температура спекания.

Ученые МТИ обнаружили ощутимую связь между случайным расположением атомов углерода в фенолформальдегидной смоле, которая спекается при высоких температурах, и твердостью и плотностью получающихся в результате этого процесса углеродного материала, напоминающего графит. Вдобавок они определили идеальную температуру производства — 1000° С.

В результате процесса пиролиза исследователи получили разновидность графитообразного углеродного материала, который еще называют стеклоуглеродом. Атомы углерода в нем были организованы более хаотично, чем в графите, потому что фенолформальдегидная смола — это сложная смесь углеродных элементов. По сравнению с алмазом у этого материала было в 3 раза меньше атомов углерода. Но если поднять температуру выше 1000 градусов, материал приобретает большую упорядоченность и становится хрупким.

«До сих пор не было единства в мнениях относительно того, хорошо или плохо для материала низкая плотность, и мы показали, что на самом деле это хорошо», — говорит Стейн. Низкая плотность в кристаллитах означает более число молекулярных связей в трех измерениях, что дает высокое сопротивление срезу или скольжению. Благодаря низкой плотности этот материал оказывается лучше для авиационной промышленности, чем тот же алмаз или нитрид бора, пишет Phys.org.

Второй по прочности после алмаза, но более устойчивый к высоким температурам материал создали ученые Германии и Японии. Они поместили нитрид кремния под давление и нагрели до 1800° С, чтобы получить первый в мире прозрачный образец нитрида кремния в кубической модификации.