Российские
химики открыли необычайное
вещество
(16.03.04
г.)
Перехитрить
природу с пользой для человека
вновь удалось российским ученым.
Сотрудники Московского
государственного института стали
и сплавов (МИСиС) не только
синтезировали вещество, которое
по всем законам и существовать-то
не имеет права, но и придумали, как
его употребить с пользой для дела.
Это так называемые
квазикристаллы на основе
алюминия, железа и меди, атомы
которых в периодичную
кристаллическую решетку в рамках
классической науки объединить
невозможно. Чтобы сделать это «чудо
природы», авторам пришлось
применить экстремальные условия
– долго и упорно колотить
исходные металлы тяжелыми шарами
в специальных мельницах. А
понадобиться такие «кристаллы»
могут при создании
композиционных материалов с
уникальными свойствами –
например, особо устойчивых к
трению резин. Проект поддержали
Российский фонд фундаментальных
исследований и Фонд содействия
развитию малых форм предприятий в
научно-технической сфере.
–
Понятие квазикристаллов –
сравнительно новое, – говорит
руководитель проекта профессор
Сергей Калошкин. Придумали его
лет 20 назад, чтобы объяснить
странную рентгенограмму особого
образца – стремительно
охлажденного расплава на основе
алюминия и марганца. На
рентгенограмме были хорошо видны
отчетливые светлые пятна –
безусловные признаки того, что
атомы расположены строго
упорядоченно по всему образцу. Но
обычная кристаллическая решетка
такой картины дать не могла, и в
рамках классической
кристаллохимии такие рефлексы
описать не удавалось.
В
конце концов оказалось, что в
необычном соединении атомы
действительно расположены в
строгом порядке. Только порядок
этот особенный. Обычный кристалл
весь состоит из одинаковых, так
называемых элементарных ячеек. Из
них, как из строительных блоков,
можно построить всю структуру –
для этого достаточно перемещать
их на определенное расстояние. А в
квазикристалле нет такого
понятия, как «элементарная ячейка»:
хотя в нем атомы тоже расположены
в строгом порядке, мысленно
перемещая группу атомов на одно и
то же расстояние, никогда не
попадешь на точно такую же группу.
Простейший пример такого порядка
– геометрическая прогрессия.
Вроде порядок в расположении
точек на прямой есть, а вот
повторяемости нет – расстояние
между точками все время растет.
Позднее
выяснилось, что получать
квазикристаллы можно из разных
элементов, но это всегда очень
сложно – например, нужно
распылять расплав потоком
инертного газа или разливать
расплав на быстро вращающийся
диск. Ведь это всегда, образно
говоря, игра против правил, и
приемы приходится использовать
неминуемо экстремальные – иначе
встать «неправильно» атомы не
заставишь.
Однако
эта игра стоит свеч. Потому что у
новых соединений и свойства
необычные. Похожие одновременно и
на металлы, и на керамику, с одной
стороны, они исключительно
твердые – тверже самых твердых
легированных сталей, почти как
алмаз. А с другой – у них очень
низкий коэффициент трения, чуть
больше, чем у сверхскользкого
фторопласта, и гораздо меньше, чем
у любого металла. И химическая
стойкость у них тоже очень высока
– почти как у керамики.
Именно
такие необычные вещества и
научились получать металловеды
из МИСиСа. Причем метод,
разработанный учеными под
руководством С.Д. Калошкина, на
фоне традиционной экзотики
привлекает в первую очередь
замечательной простотой, а,
следовательно – сравнительной
дешевизной.
Дело
в том, что свои
квазикристаллические сплавы
авторы предлагают получать
методом так называемого механо-химического
синтеза. Проще говоря – в
специальных мельницах, в которых
порошки исходных металлов дробят
с такой силой и до тех пор, пока
металлы не перемешаются на
атомарном уровне и не получится
сплав. А чтобы закрепить успех,
полученный порошок нужно еще
отжечь – прогреть некоторое
время при высокой температуре.
Так и получается сплав,
обладающий структурой и
свойствами квазикристалла.
Пока
ученые разработали методики, с
помощью которых можно получать
два вида квазикристаллических
сплавов, исследовали их состав и
свойства. В состав обоих входят
медь и алюминий, но в одном есть
еще железо, а в другом – хром.
Разумеется,
получают эти уникальные
соединения химики не только из
любви к науке. Ведь такие порошки
– это исключительно
перспективные наполнители для
различных резиновых и
пластиковых уплотнителей. А чтобы
композиционные материалы на
основе эластичной матрицы и
твердых и скользких частиц
наполнителей не расслаивались
под нагрузкой, авторы предлагают
увеличить их сцепление с матрицей.
Для этого авторы совместно с
коллегами из НПП «РЕАМ-РТИ» тоже
разработали методику и тоже
оригинальную. В результате такой
обработки на поверхности частиц
появляются микродефекты, и их
сцепление с матрицей улучшается.
А значит, и весь материал будет
служить дольше и сможет выдержать
более серьезные нагрузки.
Износостойкость при этом может
увеличиться в десятки раз.
(По
материалам сайта: www.n-t.ru)
|