Научные открытия России
Государственный реестр открытий СССР
 


ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Научные открытия в изучении свойств углерода.



Научное открытие "Нитевидные кристаллы алмаза".

Формула открытия: "Экспериментально обнаружено ранее неизвестное свойство углерода выделяться из углеродсодержащей среды в форме нитевидных кристаллов алмаза".
Авторы: Б. В. Дерягин, В. М. Лукьянович, Д. В. Федосеев, В. А. Рябов, Б. В. Спицын, А. В. Лаврентьев.
Номер и дата приоритета: № 73 от 14 апреля 1967 г.


Описание открытия.
Советские ученые вписали в историю алмазов еще одну блистательную страницу. Впервые в мире были получены драгоценные кристаллы из газа при давлении не более 1 атм. В 1967 году группа ученых Института физической химии АН СССР под руководством член-корреспондента АН СССР Б. В. Дерягина – доктор химических наук В. М. Лукьянович, доктор технических наук Д. В. Федосеев, кандидат технических наук В. А. Рябов, кандидат химических наук Б. В. Спицын, научный сотрудник А. В. Лаврентьев – открыла свойство углерода образовывать нитевидные кристаллы алмаза из углеродсодержащей среды. В основе этого явления лежит ориентирующее действие поверхностных сил на процессы роста кристаллов из газовой среды.

Раньше ученые заново строили всю кристаллическую решетку драгоценного камня. Исследователи Института физхимии нашли принципиально новый путь. В разработанный ими специальный реактор помещается так называемый затравочный материал – кристаллик алмаза. В атмосфере разогретого газа он становится очень активным и притягивает атомы углерода. Они высаживаются на его поверхности и надстраивают кристаллическую решетку, давая новые кристаллы – уже синтетические. У них сохраняется уникальное свойство их природных двойников – необычайная прочность. Стебли кристаллов растут, ветвятся, увеличиваясь буквально на глазах. Сотворение алмаза требует ювелирной точности: малейшее отклонение от оптимального режима – и драгоценный кристалл покрывается пленкой графита.

Возможность роста алмазных усов на подложке из алмазного кристалла объясняется двояко: исходя, во-первых, из молекулярного механизма роста кристаллов, во-вторых, из общей теории образования новой фазы (явления нуклеации). Если имеется грань затравочного кристалла алмаза, вблизи которой концентрация атомов углерода в виде пара или химически связанного вещества (например, в виде метана или ацетилена) превышает соответствующую равновесную, то избыток атомов углерода будет выделяться на грани. При этом он будет находиться под влиянием молекулярно-силового поля кристаллической решетки, стремящейся продолжить ту "кирпичную кладку", которая в свое время привела к образованию самой подложки. Иными словами, затравочный кристалл алмаза принуждает новые атомы углерода располагаться в определенном порядке.

В этом случае речь идет о так называемой автоэпитаксии. Создав определенные условия, авторам открытия удалось избежать появления устойчивой в данных условиях кристаллической модификации углерода – графита, поэтому рост алмазных усов мог идти беспрепятственно.
Во многих странах мира исследователи проявляют глубокий интерес к выращиванию нитевидных кристаллов меди, сапфира, рубина, графита и других веществ.

У таких "иголочек" структура монокристалла с идеально упорядоченным размещением атомов. Благодаря этому их прочность во много раз выше, чем у лучших марок стали, отчего их называют конструкционным материалом будущего. Методы получения кристаллов алмаза с успехом применяются для получения других нитевидных кристаллов, а также метастабильных структур. Усы некоторых кристаллических веществ уже используются в композиционных материалах, состоящих из ориентированных усов и полимерной или металлической связки.

Внушительные цифры веса многих современных машин и сооружений – свидетельство "слабости" материала. В будущем появятся легкие ажурные мосты, башни телевизионных центров уйдут ввысь на километры, намного легче станут конструкции самолетов, потому что техника сможет использовать сверхпрочные материалы.

Современной промышленности не обойтись без твердых сплавов, специальных сталей, полупроводниковых материалов, которые можно обрабатывать только алмазным инструментом. Этот благородный камень совершил подлинный переворот в станкоинструментальной промышленности – за счет повышения чистоты обработки поверхности деталей удалось намного продлить срок службы станков и машин, получить колоссальную экономию.

Открытие, сделанное российскими учеными, дает возможность получения в метастабильных условиях алмазных монокристаллов значительных линейных размеров. Монокристальная структура, доказанная методами рентгеновской и электронной микродифракции, позволяет ожидать рекордных прочностных свойств. С помощью созданных авторами открытия установок удалось наблюдать за ростом нитевидных кристаллов через микроскоп. Существует перспектива получать кристаллы алмаза, имеющие форму почти правильных многогранников.




Главная
КОСМОС
ЗЕМЛЯ
ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ
ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ
ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
МАТЕМАТИКА
Сайт создан в системе uCoz