Просчитать их свойства ученым помог российский суперкомпьютер
ТАСС, 30 сентября. Ученые просчитали свойства и создали ранее неизвестные соединения азота и тяжелых металлов, которые формируются при сверхвысоких давлениях, а по структуре похожи на пчелиные соты. Результаты исследования опубликовал научный журнал Angewandte Chemie, кратко об этом пишет пресс-служба НИТУ «МИСиС».
«Азот довольно инертен — без сверхвысокого давления он бы не прореагировал с интерметаллидами. Так же и материалы без азота под давлением бы просто сжались. Однако в совокупности получился удивительный результат: часть атомов азота формировала в материалах армирующий каркас, позволяя кристаллической решетке расшириться, впуская внутрь другие атомы азота», — рассказал один из авторов исследованяи, профессор НИТУ «МИСиС» Игорь Абрикосов.
По своей структуре новые материалы похожи на так называемые металл-органические каркасы (МОК). Так ученые называют полимерные материалы, которые по своей структуре похожи на пчелиные соты и состоят из ионов металлов и различных органических соединений. Благодаря этому они отличаются высокой пористостью и прочностью. Катализаторы и фильтры на основе МОК уже применяются в промышленности для очистки воздуха от углекислоты или водорода и хранения этих газов.
В отличие от МОК, в новых соединениях азота, гафния и вольфрама, которые создали Абрикосов и его коллеги из США, Германии, Швеции и Франции, нет органических компонентов. При их структура похожа на МОК. Это может сделать их интересными для практического использования, в том числе создания молекулярных магнитов. Однако для этого нужно найти способы их стабилизации при комнатных температурах.
Азотная «клетка» для тяжелых металлов
Как отмечает пресс-служба, эти соединения открыли во время практических экспериментов, в рамках которых ученые исследовали, как ведут себя атомы тяжелых металлов при сверхвысоких давлениях. Эти опыты показали, что при повышении давления до отметки в миллион атмосфер смесь из них становилась не более плотной, а наоборот, пористой.
Оказалось, что это происходило из-за того, что в образцы сжимаемого гафния и осмия начали проникать атомы азота, которые составляют основу газовой среды внутри алмазной наковальни, где проводился эксперимент. По мере повышения давления атомы азота образовали периодические структуры, которые состояли из четырехугольников и пятиугольников. Они играли роль своеобразной «брони», которая защищала атомы металлов от дальнейшего уплотнения.
Получив эти материалы, ученые просчитали их свойства при помощи российского суперкомпьютера, установленного в НИТУ «МИСиС». Расчеты подтвердили их предположения, в результате химики уточнили размеры и форму «сот» внутри открытых ими соединений азота и тяжелых металлов.
Как надеются исследователи, дальнейшее изучение того, как ведут себя азот и тяжелые металлы при сверхвысоких давлениях, поможет им найти способы стабилизации подобных соединений и при комнатных условиях. В частности, исследователи предполагают, что этого можно добиться, быстро охлаждая металл-неорганические каркасы при очень низких температурах, что предстоит проверить в ходе последующих экспериментов.
