Ученые Самарского политеха обнаружили новые разновидности углерода с высокой твердостью

Аспирантка кафедры «Общая и неорганическая химия» Самарского политеха, лаборант-исследователь Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) Екатерина Бухтеева под научным руководством доктора химических наук Владислава Блатова выявила, что твердость некоторых разновидностей (аллотропов) углерода сравнима с твердостью алмаза. Ученые 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.

– В дальнейшем мы планируем расширять область исследования, включая другие классы неорганических соединений, например цеолиты, – рассказывает аспирантка. – Если мы поймём, 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 учёные увидят, каким образом порядок связей атомов влияет на твердость аллотропов углерода, можно будет думать о создании супертвёрдых материалов.

Сейчас химики пишут 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 счёт 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 могут использоваться для эффективного хранения водорода в топливных элементах, для доставки лекарств и в других областях.

Иллюстрации из статьи Екатерины Бухтеевой и Владислава Блатова в журнале Structural Chemistry.