Yanshan Üniversitesi, grafit/elmas faz geçişi araştırmalarında önemli ilerleme kaydetti

Son zamanlarda, Zhao Zhisheng ve Yanshan Üniversitesi'nin Yarı Kararlı Malzemeler Hazırlama Teknolojisi ve Bilimi Devlet Ana Laboratuvarı'ndan diğerleri, akademisyen Tian Yongjun ve diğerleri, statik yüksek basınç altında grafitten elmasa doğrudan faz geçişi sorununu açıklığa kavuşturmak için yerli ve yabancı akademisyenlerle işbirliği yaptı. , bilim camiasını yarım asırdan fazla bir süredir rahatsız eden. ve mükemmel bir özellik kombinasyonuna sahip yeni bir hibrit karbon malzeme sınıfı keşfetti. "Tutarlı arayüzler, grafitten elmasa doğrudan dönüşümü yönetir" başlıklı araştırma sonuçları, 6 Temmuz 2022'de Nature'da çevrimiçi olarak yayınlandı.

 

Basılı bağlantı: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2.

 

Grafit ve elmas, doğadaki en yaygın karbon malzemeleridir. Grafitten elmasa doğrudan dönüşüm, genellikle yüksek sıcaklık ve yüksek basınçta bir "kara kutu" içinde gerçekleştirilir ve faz dönüşüm mekanizması büyük ölçüde tartışılmaktadır. Yanshan Üniversitesi araştırma ekibi, statik yüksek basınç altında kısmi faz geçişine uğrayan bir grafit numunesinde ilk kez grafit ve elmas arasındaki tutarlı arayüz yapısını gözlemledi ve belirledi ve ardından statik yüksek basınç altında grafit/elmas faz geçiş mekanizmasını netleştirdi: grafit tabakası iki çeşit elmastan geçer. Yapısal eleman ve iki dikdörtgen yapı elemanı, tutarlı bir arayüz oluşturmak için lokal olarak bağlanır ve grafitten elmasa geçiş, koherent arayüzün grafit bölgesine ilerlemesi ile gerçekleştirilir. Yapısal elemanların farklı kombinasyonları, çeşitli tutarlı arayüz yapıları oluşturarak, elmas faz geçiş bölgesinde bol miktarda alt yapının (istiflenme hataları, ikizler, elmas polimorfları, vb.) oluşumuna yol açar. Bu yeni katı/katı faz geçiş mekanizması, klasik çekirdeklenme büyümesi ve kooperatif kesme mekanizmasından farklıdır ve IVA basit maddeleri, IIIA-VA bileşikleri, vb. gibi diğer kovalent malzemelerin katı-katı faz geçiş süreçlerine uygulanabilir.

 

Araştırma ekibi, grafit/elmas uyumlu arayüze sahip bu tür hibrit karbon malzemeye Gradia adını verdi. Gradia, mekanik özellikler ile elektriksel özelliklerin mükemmel bir kombinasyonuna sahiptir: Knoop sertliği 51-115GPa arasında ayarlanabilir; oda sıcaklığı direnci 8´10-4-4.9´105Ω m arasında ayarlanabilir; Kırılma tokluğu çok yüksektir ve ölçümler geleneksel çentikleme yöntemi kullanılarak yapılmıştır. Gradia, grafit ve elmasın performans avantajlarını birleştirir ve grafit ve elmasın oranı değiştirilerek performansı daha da ayarlanabilir. Elektriksel iletkenlik/süpersertlik, aşırı tokluk/ultrasertlik ve diğer üstün özelliklerin kombinasyonunu gerçekleştiren yeni nesil yüksek performanslı bir karbon malzemedir.

 

Araştırmanın ortaya koyduğu grafit/elmas doğrudan faz geçiş mekanizması, katı/katı faz geçiş türlerini zenginleştirmekte ve keşfedilen yeni hibrit karbon malzemeler, yüksek performanslı yeni malzemelerin geliştirilmesi için ilham kaynağı olmaktadır. Araştırma sonuçları Çin, Amerika Birleşik Devletleri, Japonya ve Avrupa'da buluş patentleri için başvurdu. Bu tip hibrit yapının istikrarlı bir şekilde var olabileceğini öngören önceki teorik çalışma Chin'de yayınlandı. fizik Letonya 38, 028102 (2021); Çene. fizik Letonya 39, 036301 (2022); Anne. Bugün Fizy. 23, 100630 (2022).

 

Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (52090020, 91963203, 51772260, U20A20238, vb.), Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı (2018YFA0703400, 2018YFA0305900) ve Hebei Eyaleti Üstün Gençlik Bilim Vakfı (E2018203349) tarafından desteklenmiştir. . Makalenin ilk ortak yazarları Luo Kun, Liu Bing, Hu Wentao ve Dong Xiao'dur ve ilgili yazar Profesör Zhao Zhisheng'dir.