У лабораторії університету Карнегі народився матеріал майбутнього, який може зайняти почесне місце поряд з графеном і метаматеріалами. Науковці створили ультратонкі нанонитки з мікроскопічних алмазів, які по міцності перевершують нанотрубки і полімерні волокна. Ця речовина допоможе створювати унікальні об’єкти, які на сьогоднішній день здаються фантастикою, наприклад, космічні ліфти.
Команда дослідників на чолі з Джоном Баддінга (John Badding) з університету Пенсільванії для своєї роботи використовувала спеціалізований пристрій для стиснення бензолу до 200 тисяч атмосфер. При такому величезному тиску бензол полімеризується в довгі тонкі ланцюжки, складені з гексагональних кілець атомів вуглецю (розташування таке ж як і в алмазах).
«Структура нашої нитки – це серце алмазу. Тому ми вважаємо, що міцність отриманих наноланцюгів буде схожою», – пояснює Баддінг в прес-релізі університету Карнегі.
Відкриття також має значення і з точки зору фундаментальної науки, оскільки нитки утворюють таку структуру, яку раніше ніхто не бачив у природі (в алмазі спостерігаються об’ємні структури, а тут, по суті, одномірні).
Читайте також: Коли збудують перший космічний ліфт
Молекула, яку вчені використовували в експерименті спочатку, була плоским кільцем з атомів вуглецю, зв’язаних один з одним і з шістьма атомами водню. Після стиснення при високому тиску алмазні нанонитки виявилися оточені «хмарами» атомів водню. В процесі стиснення спочатку плоскі молекули бензолу утворюють щільну кристалічну систему. При плавному зниженні тиску молекули бензолу в якийсь момент реагують один з одним, утворюючи нові вуглець-вуглецеві зв’язки, а вся структура починає виглядати як розтягнута довгий наноланцюг.
Баддінг і його колеги відзначають, що вчені впродовж майже цілого століття намагалися досягти успіху в цьому експерименті, але успішно провести досвід вийшло тільки на цей раз.
«Ми використовували пристрій для створення високого тиску Національної лабораторії Oak Ridge, щоб стиснути куб бензолу зі стороною шість міліметрів. Це величезна кількість порівняно з попередніми експериментами », – розповідає Баддінг, який став співавтором статті про відкриття, опублікованій в журналі Nature Materials.
Також цей експеримент є першою успішною спробою змусити молекули, що містять ароматичні вуглецеві зв’язки, утворити більш великі масштабні молекулярні структури у формі довгих тонких нанониток. Ширина нитки становить усього кілька атомів, що в сотні разів менше ширини оптичного волокна і більш ніж в 20 тисяч разів менше, ніж середня ширина людського волоса.
Команда Баддінга вивчала структуру отриманих наноланцюгів за допомогою ряду передових технологій. Пильний аналіз показав, що частково структура волокна виявляється далекою від досконалості. Тому фізикам належить найближчим часом розробити спосіб створення ідеальних алмазних волокон, а також виміряти їх міцність, щоб визначити точний спектр потенційних практичних застосувань.
Втім, вже зараз вчені відзначають, що з використанням таких передових матеріалів, які відрізняються феноменальною міцністю, можна будувати об’єкти, які раніше вважалися фантастичними. Так вони вважають, що з алмазних нанониток цілком можна сконструювати космічний ліфт, який доставлятиме космонавтів на МКС або навіть на Місяць без використання ракет.
Читайте також: Космічний ліфт буде готовий до 2030 року
Про цю привабливою ідеєю інженери говорять вже давно. А нещодавно представники японської компанії Obayashi Corporation заявили, що космічний ліфт може бути побудований вже до 2030 року. Інженери поки планують використовувати для своєї роботи вуглецеві нанотрубки, але коли вони ознайомляться з роботою Баддінга і його колег, то, хто знає, можуть переглянути креслення і навіть, можливо, скоротять терміни робіт.