В Политехе обнаружили разновидности углерода с высокой твердостью

Исследования помогут программировать механические свойства структуры веществ

Аспирантка кафедры «Общая и неорганическая химия» Екатерина Бухтеева выявила, что твердость некоторых разновидностей (аллотропов) углерода сравнима с твердостью алмаза. Научной работой молодого ученого руководит заведующий кафедрой Владислав Блатов. Исследователи предполагают, что открытие позволит в будущем создавать супертвердые материалы.

Екатерина Бухтеева стала одним из 500 победителей конкурса на назначение стипендии Президента РФ для аспирантов и адъюнктов, занимающихся исследованиями по приоритетным направлениям научно-технологического развития страны. Перед аспиранткой стоит задача – установить взаимосвязь особенностей кристаллического строения и механических свойств неорганических соединений. Она рассматривает различные классы неорганических веществ (например, аллотропы углерода) и пытается понять, как связаны между собой атомы с учетом их природы, и каким образом это влияет на механические свойства структур.

Первые результаты исследований, позволившие выявить аллотропы углерода с высокой твердостью, которая сравнима с твердостью алмаза, опубликованы в международном научном журнале Structural Chemistry.

– Мы планируем расширять область исследования, включая другие классы неорганических соединений, например цеолиты, – рассказывает аспирантка. – Если мы поймем, как структура вещества влияет на его свойства (твердость, модули упругости, размеры и форму полостей), то в будущем мы сможем генерировать структуры с «запрограммированными» свойствами, которые будут полностью отвечать нашим нуждам. В частности, аллотропы углерода – удобные модельные структуры, поскольку отличаются они только строением, то есть способом связи атомов друг с другом. Однако эти соединения демонстрируют спектр самых разнообразных свойств.

Когда ученые увидят, каким образом порядок связей атомов влияет на твердость аллотропов углерода, можно будет думать о создании супертвердых материалов.

Сейчас химики готовят новую статью, в которой показывают, каким образом строение металлоорганических каркасов (metal-organic frameworks, или MOF) влияет на их свойства. MOF – это перспективный класс координационных соединений, в которых металлы и органические соединения образуют единую каркасную структуру. За счет наличия системы пор такие каркасы используются как сорбенты и могут избирательно поглощать другие вещества, чем они интересны инженерам. MOF используются для транспортировки и хранения газов, очистки воздуха или жидкостей; потенциально они также применимы для эффективного хранения водорода в топливных элементах, для доставки лекарств и в других областях.