НОВОСИБИРСК, 28 ноября. /ТАСС/. Ученые в Новосибирске нашли способ частичного превращения синтетического алмаза в графит на гранях кристалла. Это позволяет менять структуру поверхности алмаза, что открывает новые возможности применения алмаза в современных устройствах и оборудовании, сообщает официальное издание СО РАН "Наука в Сибири".
Прикрепление металлов к алмазу сопряжено с рядом фундаментальных сложностей, обусловленных уникальными физико-химическими свойствами алмаза. Металл и алмаз по-разному расширяются от тепла и сжимаются при охлаждении, поэтому соединение часто трескается или отслаивается. Кроме этого, когда металл соединяют с алмазом, между ними могут образоваться карбидные фазы (соединения металла с углеродом), но их слишком много - это ослабляет сам алмаз, делая его хрупким.
"Формирование слоя графита на поверхности алмаза помогает надежно соединить его с металлом. Благодаря такому подходу алмаз крепко фиксируется в изделиях и выдерживает большие нагрузки", - цитирует издание научного сотрудника Института химии твердого тела и механохимии СО РАН Бориса Бохонова.
Определив закономерности роста графита на алмазе, исследователи разработали метод нанесения графеновых покрытий на поверхности алмаза. Такие гибридные материалы демонстрируют высокую прочность и электрическую проводимость. Как отмечает "Наука в Сибири", при нормальных условиях алмаз - это метастабильное состояние углерода. Когда алмаз подвергается воздействию высоких температур при атмосферном давлении, он превращается в графит. Так, выяснилось, что покрытия могут формироваться селективно на определенных гранях искусственных алмазов. Сейчас технологии позволяют целенаправленно наносить слой металла на квадраты или шестиугольники, формирующие поверхность кристалла. Это открывает интересные перспективы, ведь присутствие разных металлов на различных гранях способно придать материалам новые характеристики и варьировать их теплопроводность.
Как поясняет издание, природные алмазы образуются глубоко под землей, примерно на глубинах 100-200 км, при экстремально высоких температурах и давлениях. Искусственный алмаз получают в лабораторных условиях: используется установка с высоким давлением, специальные катализаторы и высокие температуры, а исходным веществом служит чистый углерод. Ученые не нашли существенных различий при сравнении графитизации природных алмазов с плоскими гранями и искусственных алмазов. Однако если рассмотреть природные алмазы с кривыми гранями, то видно, что процесс превращения алмаза в графит идет по всей поверхности кристалла. Во всех случаях образующийся графит имеет ориентационное соответствие с кристаллом алмаза. Ученые заметили, что эта особенность позволяет управлять процессом формирования тонких слоев графена - материала, состоящего из отдельных атомов углерода, соединенных в сетку шестиугольников.