Badania nad nowymi właściwościami materiałów

Badania nad nowymi właściwościami materiałów

Wysokie ciśnienie sprawia, że materiały mogą się zachowywać dość dziwnie. Metale mogą stawać się izolatorami, niemetale natomiast przeobrażają się w nadprzewodniki. Czasem nawet, zmienia się ich stan chemiczny. Naukowcy badający ich właściwości mają zamiar studiować te przemiany, natomiast kosmolodzy używają technik wywierania wysokiego ciśnienia do zachowania się materiałów w jądrach planet. Inżynierowie postępują również, w ten sposób z materią, by zbadać jak zareaguje, np. na ekstremalne fale uderzeniowe.

Ciśnienia, o jakich mowa, można, ogólnie rzecz biorąc, uzyskać stosując diamentowych kowadeł, dzięki którym próbki są ściskane pomiędzy ich powierzchniami. Struktura krystaliczna sprawia, że są w stanie ulec zniszczeniu przy 320-360GPa nacisku. W przybliżeniu jest to ciśnienie wywierane na jądro Ziemi.

Aby uzyskać większe wartości, naukowcy wykorzystują fale uderzeniowe. To rozwiązanie ma jednak dwie wady: generują one wysokie temperatury, a wzrost ciśnienia ma miejsce w bardzo krótkim czasie. „Zdolność do uzyskiwania statycznych prób pozostawała na razie marzeniem", powiedział Vitali Prakapenka z centrum doświadczalnego w Chicago University.

Jego zespół opracował, więc rodzaj kowadełka diamentowego, które posiada wtrącenia pełniące tę samą rolę. Te tzw. sub-kowadła stanowią półkule nanokrystalicznego diamentu o średnicy około 10-20 mikronów. Wykonane są z węgla szklistego uzyskiwanego dzięki wysokiej temperaturze oraz ciśnieniu.

Odkryty w zeszłym roku węgiel szklisty jest twardy jak diament, ale zawiera w sobie wyjątkowe krystaliczne powierzchnie. „Nanokryształy mają bardzo wysoką granicę plastyczności; są też mniej ściśliwe i kruche niż diament z pojedynczymi kryształami.", powiedziała Natalia Dubrovinskaia z Bayreueth University.

Komórki węgla mogą współpracować wyłącznie z bardzo małymi próbkami o grubości mikronów, ale można w wiarygodny i powtarzalny sposób dotrzeć do granicy ciśnień statycznych nieosiągalnych do tej pory. Zespół prowadzi eksperymenty przy wykorzystaniu krystalografii rentgenowskiej do badania próbek w Argonne National Laboratory w Illinois.

„W naszych badaniach oczekujemy wzrostu osiagalnego ciśnienia do rzędóq terapascala, bądź 10 megabarów. W ten sposób możliwe będzie badanie zachowania się materiałów wewnątrz olbrzymich planet gazowych, takich jak Jowisz, czy Neptun. W ich jądrach panuje, bowiem ciśnienie rzędu 7 megabarów."

(rr)