Новости
Библиотека
Таблица эл-тов
Биографии
Карта сайтов
Ссылки
О сайте


Пользовательского поиска




26.07.2018

Учёные создали «невозможные» нитриды простым способом

Учёные Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с коллегами из германских Байройтского (нем. Universitat Bayreuth) и Мюнстерского (нем. Westfalische Wilhelms-Universitat) университетов, Чикагского университета (University of Chicago), и шведского Линчёпингского университета (швед. Linkopings universitet, LiU) создали материалы-нитриды, получить которые ранее считалось невозможным. Более того, показали, что для этого требуется весьма простой способ прямого синтеза.

Рисунок 1. Кристаллические структуры соединений железа и азота. Оранжевые и голубые шарики соответствуют положению атомов Fe и N. a) Fe><sub>3</sub>N<sub>2</sub> при давлении в 50 ГПа. Структура представляет собой четырёхсторонние тригональные призмы NFe7, соединённые по тригональным граням и рёбрам. b) FeN при давлении в 50 ГПа со структурным типом NiAs. c) FeN<sub>2</sub> при давлении в 58 ГПа; На рисунке показаны октаэдры FeN<sub>6</sub>, соединённые в бесконечные цепочки по общим граням и выровненные вдоль c-оси. Цепочки соединены между собой по общим вершинам. Дополнительная связь между октаэдрами FeN<sub>6</sub> обеспечивается через цепочки N-N. d) FeN<sub>4</sub> под давлением в 135 ГПа. В структуре FeN<sub>4</sub> каждый атом Fe — часть двух неплоских пятичленных Fe[N<sub>4</sub>] металлациклов, которые практически параллельны (1-10) плоскости решётки. Атомы азота формируют бесконечные зигзагообразные цепочки вдоль c-оси
Рисунок 1. Кристаллические структуры соединений железа и азота. Оранжевые и голубые шарики соответствуют положению атомов Fe и N. a) Fe3N2 при давлении в 50 ГПа. Структура представляет собой четырёхсторонние тригональные призмы NFe7, соединённые по тригональным граням и рёбрам. b) FeN при давлении в 50 ГПа со структурным типом NiAs. c) FeN2 при давлении в 58 ГПа; На рисунке показаны октаэдры FeN6, соединённые в бесконечные цепочки по общим граням и выровненные вдоль c-оси. Цепочки соединены между собой по общим вершинам. Дополнительная связь между октаэдрами FeN6 обеспечивается через цепочки N-N. d) FeN4 под давлением в 135 ГПа. В структуре FeN4 каждый атом Fe — часть двух неплоских пятичленных Fe[N4] металлациклов, которые практически параллельны (1-10) плоскости решётки. Атомы азота формируют бесконечные зигзагообразные цепочки вдоль c-оси

Статьи об исследовании опубликованы в журналах Nature Communications и Angewandte Chemie International Edition.

Нитриды активно используют для создания сверхтвёрдых покрытий и в электронике. Обычно содержание азота в этих материалах невысоко, а превысить его по сравнению с содержанием переходного металла — затруднительно (поскольку азотные связи слишком высокоэнергетические).

Руководитель Лаборатории моделирования и разработки новых материалов НИТУ МИСиС, профессор Игорь Абрикосов
Руководитель Лаборатории моделирования и разработки новых материалов НИТУ МИСиС, профессор Игорь Абрикосов

Особенно этим отличаются соединения рения и железа, которые и выбрали для опытов авторы исследования. Они решили вывести синтез из обычных земных условий в условия сверхвысоких давлений.

«Такой способ — один из наиболее перспективных путей создания качественно новых материалов, открывающий фантастические возможности. Есть известные примеры: искусственный алмаз, кубический нитрид Бора, — комментирует профессор Игорь Абрикосов. — Но они существовали в природной форме. А вот идея сознательно создать невозможные в природе материалы — наше ноу-хау».

По его словам, эксперименты почти сразу дали результат. Азот с переходным металлом помещается в алмазную наковальню, и при высоких давлениях проводится прямой синтез (без прекурсоров).

«Нитрид рения показывает свойство низкой сжимаемости, потенциально имеет очень высокие механические характеристики и свойство сверхтвёрдости — это важно, например, для улучшения качества режущих инструментов», — рассказывает Игорь Абрикосов.

Свойства полученных материалов предстоит выяснить — являются ли они сверхпроводниками или магнитами, пригодны ли для спинтроники.

Рисунок 2. Фрагменты кристаллической структуры FeN4 при давлении в 135ГПа. a) Фрагмент кристаллической структуры, параллельной (1-10) плоскости решётки, демонстрирующий полимерные зигзагообразные цепочки N-N. b) Тот же самый фрагмент с другого ракурса. c) Фрагмент кристаллической структуры, демонстрирующий координационную геометрию атомов азота. d) Карта плотности заряда с зигзагообразными цепочками N-N в структуре FeN4. e) Схема poly[tetraz-1-ene-1,4-diyl] anion. f) Схема координации атомов железа poly[tetraz-1-ene-1,4-diyl] anions
Рисунок 2. Фрагменты кристаллической структуры FeN4 при давлении в 135ГПа. a) Фрагмент кристаллической структуры, параллельной (1-10) плоскости решётки, демонстрирующий полимерные зигзагообразные цепочки N-N. b) Тот же самый фрагмент с другого ракурса. c) Фрагмент кристаллической структуры, демонстрирующий координационную геометрию атомов азота. d) Карта плотности заряда с зигзагообразными цепочками N-N в структуре FeN4. e) Схема poly[tetraz-1-ene-1,4-diyl] anion. f) Схема координации атомов железа poly[tetraz-1-ene-1,4-diyl] anions

Обратный вывод полученных под давлением материалов в земные условия не так прост, как хотелось бы. Потребуются более серьёзные экспериментальные установки, работа над которыми уже ведётся.

О результатах экспериментов, вероятно, мы услышим в течение года.

Игорь Абрикосов считает, что если коллектив докажет предполагаемую сверхтвёрдость — в течение 5 лет мы увидим «невозможные» материалы уже в коммерческом поле.


Источники:

  1. 22century.ru



ИНТЕРЕСНО:

Биохимической реакцией будут управлять с помощью света

Новый композитный материал позволит получать чистый водород из метана

Новое соединение вольфрама и бора станет материалом рекордной твердости

Японские химики синтезировали «нано-Сатурн»

Учёные создали «невозможные» нитриды простым способом

Искусственный интеллект научили составлять молекулы

Ученые научились наблюдать за сверхбыстрыми химическими процессами

Почему на Западе периодическую таблицу никак не связывают с именем Менделеева

Люминесцентные наночастицы открыли новый этап в истории дактилоскопии

Нобелевская премия по химии присуждена за развитие криоэлектронной микроскопии

Новый метод анализа белков работает в 50 раз быстрее

Создана первая «химическая память» объемом в 1 бит

193 года назад впервые получено органическое соединение из неорганических

Ученые разработали программу, которая высчитывает свойства молекул сложных химических соединений

Самосборкой получены структуры из 144 молекулярных компонентов

Учёные создали нанореактор для производства водорода

Ученые из Швеции создали «деревянное стекло»

Разработан новый метод создания молекул

Японские ученые создали жидкий квазиметалл, застывающий на свету

Нобелевскую премию по химии присудили за синтез молекулярных машин

Новая компьютерная программа предсказывает химические связи

Получены цветные изображения на электронном микроскопе

В упавшем в России метеорите обнаружен уникальный квазикристалл

10 невероятно опасных химических веществ

Создатель «суперклея» Гарри Кувер – химик и изобретатель, автор 460 патентов, самый известный из которых так и не помог ему разбогатеть




© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://chemlib.ru/ 'ChemLib.ru: Библиотека по химии'