Фізики розрахували формулу самого тугоплавкого матеріалу в світі

Фізики змоделювали на комп’ютері матеріал, точка плавлення якого вище, ніж у всіх відомих науці речовин. Про своєму дослідженні вони розповіли на сторінках журналу Physical Review B.

Матеріал, де в певній пропорції будуть змішані гафній, азот і вуглець, буде плавитися тільки при температурі, що перевищує 4400 Кельвіна (4127 градусів за Цельсієм). Це приблизно дві третини від температури на поверхні Сонця і на 200 градусів вище, ніж показали реальні експерименти з іншими матеріалами.

Попередній рекордсмен являє собою сплав гафнію, танталу і вуглецю (Hf-Ta-C). Нова речовина тільки належить синтезувати - щоб упевнитися в істинності комп’ютерної моделі.

Дослідники зробили своє відкриття, моделюючи фізичні процеси на рівні окремих атомів. В рамках цього підходу динаміка плавлення досліджується в наномерних масштабах - з групами з приблизно сотні атомів.

Аксель ван дер Валле (Axel van de Walle) з Університету Брауна і його колеги почали з аналізу сплаву Hf-Ta-C, властивості якого вже були відомі. Комп’ютерне моделювання допомогло прояснити конкретні чинники, що додають матеріалу рекордну теплостійкість.

З’ясувалося, що в Hf-Ta-C висока теплота плавлення (енергія, яка поглинається при переході з твердого в рідкий стан) поєднується з невеликою різницею між значеннями ентропії в цих двох фазах. “Танути матеріали змушує ентропія, накопичена в процесі фазового переходу. Якщо рівень ентропії в твердому стані вже великий, речовина таким чином стабілізується, а його температура плавлення - підвищується”, - пояснює ванн дер Валле.

Потім учені почали пошук сполук, здатних максимально підсилити ці властивості сплаву. Виявилося, що з’єднання гафнію, азоту та вуглецю буде володіти майже такою ж високою теплотою плавлення і ще меншою різницею між рівнями ентропії в твердому і газоподібному стані. Розрахунки показали, що температура плавлення у нового речовини буде на 200 градусів вище, ніж у сплаву Hf-Ta-C.

Відкриття ванн дер Валле теоретично може лягти в основу нових матеріалів з поліпшеними характеристиками - починаючи від покриття для газотурбінних установок і закінчуючи теплозахисними фільтрами швидкісних літаків. Однак цінність самого сплаву далеко не очевидна. “Точка плавлення - це не єдине властивість, що має значення для практичного використання речовини. Потрібно врахувати механічні властивості, корозійну стійкість, інші особливості - і всі вони можуть знизити температуру плавлення. Втім, якщо відразу задати високу планку на цьому напрямку, у вчених з’являється більше свободи в коригуванні інших властивостей. Приблизно так я і уявляю собі хід подальшої роботи “, - пояснює ван дер Валле.

29 July 2015

Томские вчені будуть розводити дощових черв’яків для виготовлення білкової борошна
Президент РФ Володимир Путін відвідає Крим у складі експедиції РГТ

»»»
Китайські фізики запропонували два нових види твердого вуглецю, який, ймовірно, відрізняється відносною стабільністю.
• Японські вчені створили новий надпровідний матеріал »»»
Японські фізики з Університету Окаяма виявили, що такий ароматичний вуглеводень, як піцен може набувати властивості надпровідників і його можна використовувати в схемотехніці та приладобудуванні.
• Матеріал "графен", за створення якого була вручена Нобелівська премія з фізики двом колишнім російським вченим, зробить революцію в мікроелектроніці »»»
Володарями Нобелівської премії з фізики цього року стали двоє колишніх російських вчених за створення унікального наноматеріалу - графена.
• Нове відкриття нобелівських лауреатів гейму і Новосьолова: вчені створили "двовимірний тефлон" »»»
Команда британських вчених під керівництвом нобелівських лауреатів з фізики 2010 року, вихідців з Росії Андрія гейму і Костянтина Новосьолова створили нову модифікацію графена - фторографен.
• "Гарячий лід": перспектива для біології та медицини »»»
Температура плавлення льоду прийнята за нуль в шкалою Цельсія, як відомо вже школярам.