Жидкие алмазы. Российские физики провели уникальный эксперимент с углеродом

14.05.19

Ученым впервые удалось поставить эксперимент, позволивший изучить свойства жидкого углерода. Полученные результаты помогут в разработке, в том числе, технологий получения искусственных алмазов.

Углерод существует при таких высоких давлениях и температурах, что их не могут выдержать никакие термопрочные сосуды. Поэтому свойства жидкого углерода изучают в основном при помощи компьютерного моделирования. Но российским физикам удалось создать оригинальную методику, позволившую обойти эти условия. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Как известно, углерод лежит в основе всего живого на нашей планете. Его кристаллы могут принимать самые разные формы. Например, каждый школьник знает, что и грифель карандаша(мягкий черный графит) и невероятно прочный алмаз — это все углерод.

Для изучения свойств графита при высоких температурах и давлениях, а также при его переходе в жидкое состояние исследователи помещали образец между двумя пластинами сапфира и нагревали его импульсом электрического тока. Каждый эксперимент длился около микросекунды, и за это время графит нагревался до температуры плавления, плавился и далее нагревался уже в жидком состоянии.

Атомы углерода в графите расположены в виде слоев, в каждом из которых они очень прочно связаны друг с другом, зато взаимодействие между слоями очень слабое. Слои легко скользят друг относительно друга, благодаря чему он может использоваться как карандаш или сухая смазка. Кстати, за отделение от кристалла графита одного слоя атомов и изучение такого двумерного объекта, получившего название графен, в 2010 году была присуждена Нобелевская премия.

Для нас стало неожиданностью, что измеренные температуры плавления графита оказались выше общепринятых более чем на тысячу градусов. Мы первые измерили скачки плотности, энтальпии и удельного сопротивления при его плавлении, а также получили значения теплоемкости графита и жидкого углерода. Кроме того, мы обнаружили, что скорость звука в жидком углероде возрастает при уменьшении плотности

— говорят ученые

В атомной промышленности графит используется в качестве замедлителя нейтронов. А значит, знание его свойств при высоких температурах и давлениях необходимо для оценки безопасности работы таких реакторов. Кроме того, эти свойства могут понадобиться для разработок технологий получения искусственных алмазов, углеродных нанотрубок и даже описания эволюции углеродных планет.

Андрей Горбачев