حققت جامعة Yanshan تقدمًا مهمًا في البحث عن مرحلة انتقال الجرافيت / الماس

في الآونة الأخيرة ، تعاون Zhao Zhisheng وآخرون من مختبر مفتاح الدولة لتكنولوجيا تحضير المواد غير المستقرة وعلوم جامعة Yanshan والأكاديمي Tian Yongjun وآخرين مع علماء محليين وأجانب لتوضيح مشكلة الانتقال المباشر للمرحلة من الجرافيت إلى الماس تحت ضغط عالٍ ثابت التي ابتليت بها الأوساط العلمية لأكثر من نصف قرن. ، واكتشفت فئة جديدة من المواد الكربونية الهجينة بمزيج ممتاز من الخصائص. نُشرت نتائج البحث ، التي تحمل عنوان "واجهات متماسكة تحكم التحول المباشر من الجرافيت إلى الماس" ، على الإنترنت في دورية Nature في 6 يوليو 2022.

 

رابط الورق: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2.

 

الجرافيت والماس هما أكثر المواد الكربونية شيوعًا في الطبيعة. عادة ما يتم إجراء التحول المباشر من الجرافيت إلى الماس في "صندوق أسود" عند درجة حرارة عالية وضغط مرتفع ، وقد نوقشت آلية تحول الطور إلى حد كبير. لاحظ فريق البحث بجامعة Yanshan وحدد بنية الواجهة المتماسكة بين الجرافيت والماس لأول مرة في عينة الجرافيت التي تمر بمرحلة انتقالية جزئية تحت ضغط عالٍ ثابت ، ثم أوضح آلية انتقال طور الجرافيت / الماس تحت ضغط عالٍ ثابت: تمر طبقة الجرافيت من خلال نوعين من الماس: يتم ربط العنصر الهيكلي والعناصر الهيكلية المستطيلة محليًا لتشكيل واجهة متماسكة ، ويتم تحقيق الانتقال من الجرافيت إلى الماس من خلال تقدم الواجهة المتماسكة إلى منطقة الجرافيت. تشكل مجموعات مختلفة من العناصر الهيكلية مجموعة متنوعة من هياكل الواجهة المتماسكة ، مما يؤدي إلى تكوين هياكل أساسية وفيرة (عيوب التراص ، التوائم ، الأشكال الماسية ، إلخ) في منطقة انتقال المرحلة الماسية. تختلف آلية انتقال المرحلة الصلبة / الصلبة الجديدة هذه عن نمو النواة الكلاسيكية وآلية القص التعاونية ، وقد تكون قابلة للتطبيق على عمليات انتقال المرحلة الصلبة الصلبة للمواد التساهمية الأخرى ، مثل المواد البسيطة IVA ، ومركبات IIIA-VA ، وما إلى ذلك.

 

قام فريق البحث بتسمية هذا النوع من مادة الكربون الهجينة بواجهة متماسكة من الجرافيت / الماس Gradia. تتمتع Gradia بمجموعة ممتازة من الخصائص الميكانيكية والخواص الكهربائية: صلابة Knoop قابلة للتعديل بين 51-115 GPa ؛ مقاومة درجة حرارة الغرفة قابلة للتعديل بين 8´ 10-4-4 .9´105Ω م ؛ صلابة الكسر عالية جدًا ، ولا يمكن إجراء القياسات باستخدام طريقة المسافة البادئة التقليدية. تجمع Gradia بين مزايا أداء الجرافيت والماس ، ويمكن تعديل أدائها بشكل أكبر عن طريق تغيير نسبة الجرافيت والماس. إنه جيل جديد من مادة الكربون عالية الأداء التي تدرك مزيجًا من الموصلية الكهربائية / الصلابة الفائقة والصلابة الشديدة / الصلابة الفائقة وغيرها من الخصائص الفائقة.

 

تعمل آلية انتقال المرحلة المباشرة من الجرافيت / الماس التي كشف عنها البحث على إثراء أنواع انتقال المرحلة الصلبة / الصلبة ، وتوفر المواد الكربونية الهجينة الجديدة المكتشفة الإلهام لتطوير مواد جديدة عالية الأداء. تم تطبيق نتائج البحث على براءات الاختراع في الصين والولايات المتحدة واليابان وأوروبا. تم نشر العمل النظري السابق الذي تنبأ بإمكانية وجود هذا النوع من الهياكل الهجينة بثبات في Chin. فيز. بادئة رسالة. 38 ، 028102 (2021) ؛ ذقن. فيز. بادئة رسالة. 39 ، 036301 (2022) ؛ ماتر. اليوم فيز. 23 ، 100630 (2022).

 

تم دعم هذا العمل من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (52090020 ، 91963203 ، 51772260 ، U20A20238 ، وما إلى ذلك) ، والبرنامج الوطني للبحث والتطوير (2018YFA0703400 ، 2018YFA0305900) ، ومؤسسة علوم مقاطعة خبي للشباب المتميزين (E2018203349) . المؤلفون المشاركون في الدراسة هم لو كون ، وليو بينغ ، هوو وينتاو ودونغ شياو ، والمؤلف المقابل هو البروفيسور تشاو تشي شنغ.