Նախընտրելի
Ո՞ր նյութը կարելի է անվանել Երկրի վրա ամենաամուրը։ Առաջին հայացքից պատասխանն ակնհայտ է թվում՝ ալմաստը։ Բայց եթե կողք կողքի դնենք գրաֆենը, պողպատը կամ, ասենք, մի քանի այլ քիչ ուսումնասիրված նյութեր, պարզվում է, որ միանշանակ հաղթող չկա։
Պատճառն այն է, որ գիտնականներն ընդհանրապես չեն չափում «ամրությունը» մեկ ունիվերսալ ցուցանիշով։ Նյութը կարող է հիանալի դիմադրել ձգմանը, բայց փշրվել հարվածից։ Մեկ ուրիշը ունակ է դիմանալու հսկայական ծանրաբեռնվածության, բայց հեշտությամբ քերծվել։ Այդ պատճառով ամենաամուր նյութերի իրական պայքարը ընթանում է միանգամից մի քանի պարամետրերով՝ կարծրությամբ, ձգման ամրությամբ, կոշտությամբ և ճաքերի տարածմանը դիմադրելու ունակությամբ։
Եվ հենց այստեղ են սկսվում ամենահետաքրքիր տարբերությունները։
Գրաֆեն․ անհավանական ամուր նյութ, որը գրեթե անկշիռ է
Գրաֆենն իրենից ներկայացնում է ածխածնի ատոմների շերտ՝ ընդամենը մեկ ատոմ հաստությամբ։ Դրանք միացված են բնորոշ վեցանկյուն ցանցով, ինչի շնորհիվ նյութն ստացել է արտակարգ բարձր ձգման ամրություն՝ շուրջ 130 գիգապասկալ։
Գործնականում սա նշանակում է զարմանալի համադրություն․ գրաֆենը շատ ամուր է և միևնույն ժամանակ գրեթե անկշիռ։ Նրա գլխավոր առավելությունը ոչ միայն բացարձակ ամրությունն է, այլև ամրության և զանգվածի բացառիկ բարձր հարաբերակցությունը։
Ահա թե ինչու է գրաֆենը դիտարկվում որպես հեռանկարային հիմք նոր կոմպոզիտների համար։ Այն կարելի է ավելացնել պոլիմերներին, մետաղներին և մանրաթելերին՝ դրանք ավելի ամուր դարձնելու համար՝ առանց քաշը զգալիորեն ավելացնելու։ Այս հատկություններն առանձնապես հետաքրքիր են աէրոտիեզերական ոլորտի, էլեկտրոնիկայի, տրանսպորտի և սպորտային սարքավորումների համար։
Բայց կա մի խնդիր, որը դեռ թույլ չի տալիս գրաֆենին փոխարինել սովորական կառուցվածքային նյութերին։ Գրաֆենի մեծ թերթեր առանց դեֆեկտների ստանալը բարդ է և թանկ։ Իսկ այն նյութը, որը հիանալի աշխատում է լաբորատոր պայմաններում, պարտադիր չէ, որ նույնքան լավ իրեն դրսևորի հսկայական կամրջի կամ ավտոմեքենայի թափքի մեջ։
Պողպատը զիջում է գրաֆենին, բայց միևնույն է, մնում է անփոխարինելի
Եթե նայենք միայն ամրության որոշ ցուցանիշների, պողպատն իսկապես զիջում է գրաֆենին։ Սակայն քաղաքների շինարարությունը ցույց է տալիս, թե ինչու մեկ ռեկորդը բավարար չէ։
Պողպատը կարողանում է դեֆորմացվել ծանրաբեռնվածության տակ, կլանել հարվածի էներգիան և դիմանալ վնասվածքներին՝ ակնթարթորեն չքայքայվելով։ Կամրջի, շենքի կամ ավտոմեքենայի համար սա հաճախ շատ ավելի կարևոր է, քան առանձին ատոմային կառուցվածքի ծայրահեղ ամրությունը։
Բացի այդ, պողպատը համեմատաբար էժան է, լավ ուսումնասիրված, արտադրվում է հսկայական ծավալներով և կարող է վերամշակվել։ Ինժեներները կարողանում են ստեղծել համահալվածքներ՝ ամրության, պլաստիկության, կոռոզիակայունության և հոգնածության նկատմամբ դիմադրողականության անհրաժեշտ համադրությամբ։
Ուստի պողպատը լավ օրինակ է այն բանի, թե ինչու ավելի պակաս տպավորիչ լաբորատոր բնութագրերով նյութը կարող է շատ ավելի օգտակար լինել իրական աշխարհում։
Ալմաստ․ կարծրության չեմպիոն, որը, միևնույն է, «գերնյութ» չէ
Ալմաստն իսկապես մնում է կարծրության չափանիշ։ Նրա բյուրեղային կառուցվածքն այնքան կայուն է քերծվածքների և մաշվածության նկատմամբ, որ նյութն օգտագործվում է այնտեղ, որտեղ սովորական գործիքները արագորեն շարքից դուրս են գալիս։
Այստեղից էլ կտրող և հորատող գործիքները, ահրաբերման նյութերը (անբրազիվները) և պինդ նյութերի մշակման սարքավորումները։
Բայց կարծրությունը և ամրությունը նույն բանը չեն։ Ալմաստն ունակ է դիմադրելու մակերևութային մաշվածությանը, սակայն նրա բյուրեղային կառուցվածքը պարունակում է հարթություններ, որոնց երկայնքով որոշակի ազդեցության դեպքում կարող են տարածվել ճաքեր։ Այդ պատճառով շատ կարծր նյութը ամենևին պարտադիր չէ, որ լինի հարվածի նկատմամբ ամենակայունը։
Հենց այս տարբերությունն էլ ծնունդ տվեց նոր «գերնյութերի» ամբողջական որոնմանը։
«Ալմաստի» չապացուցված կործանիչը
Ամրության չեմպիոնի ամենահետաքրքիր թեկնածուներից մեկն է համարվում վյուրցիտային բորի նիտրիդը՝ w-BN-ը։ Սա սինթետիկ նյութ է՝ բյուրեղային կառուցվածքով, որը կարելի է ստանալ ծայրահեղ ճնշումների և ջերմաստիճանների պայմաններում։
Տեսական հաշվարկները դարձրին այն հատկապես հայտնի․ որոշ ուսումնասիրություններ ենթադրում էին, որ վյուրցիտային բորի նիտրիդը կարող է օժտված լինել մեխանիկական հատկություններով, որոնք գերազանցում են ալմաստին։ Այդ պատճառով այն հաճախ ընդգրկում են աշխարհում պոտենցիալ ամենակարծր նյութերի ցուցակներում։
Բայց այստեղ կարևոր է տարանջատել տեսությունը փորձարարությունից։
Երբ հետազոտողներին հաջողվեց ստանալ մաքուր պոլիբյուրեղային վյուրցիտային բորի նիտրիդ և անմիջականորեն չափել դրա հատկությունները, միջին կարծրությունը կազմեց մոտ 46 գիգապասկալ, այսինքն՝ ալմաստի ցուցանիշներից ցածր։ Միևնույն ժամանակ, նյութը ցուցադրեց շատ բարձր ջերմային կայունություն և մնում է հեռանկարային նյութերի մշակման, էլեկտրոնիկայի և այլ բարձր տեխնոլոգիական խնդիրների համար։
Այսպիսով, վյուրցիտային բորի նիտրիդը ալմաստի ապացուցված «կործանիչ» չէ, այլ ավելի շուտ օրինակ այն բանի, թե որքան հեռու են ժամանակակից տեխնոլոգիաները փորձում առաջ շարժվել բնական նյութերի սահմաններից դուրս։
Տիեզերակա՞ն «մրցակից»
Էլ ավելի արտասովոր պատմություն է կապված լոնսդեյլիտի հետ՝ ածխածնի վեցանկյուն ձևի, որն ավանդաբար անվանում են վեցանկյուն ալմաստ։
Այն հայտնաբերել են երկնաքարերում և կապել տիեզերական բախումների ժամանակ առաջացող ծայրահեղ ճնշման հետ։ Մասնավորապես, լոնսդեյլիտ գտել են հարվածային գործընթացների հետ կապված երկնաքարերում։
Ինչո՞ւ է այն այդքան հետաքրքրում գիտնականներին։ Ի տարբերություն սովորական ալմաստի, որտեղ ածխածնի ատոմային շերտերն ունեն դասավորվածության խորանարդաձև schema, լոնսդեյլիտը պետք է ունենա վեցանկյուն կառուցվածք։ Տեսական հաշվարկները ցույց էին տալիս, որ նման կոնֆիգուրացիան կարող է նյութն դարձնել էլ ավելի կարծր և կոշտ, քան սովորական ալմաստը։ Որոշ մոդելներ կանխատեսում էին նկատելի առավելություն նրա նկատմամբ։
Բայց լոնսդեյլիտի հետ կապված կա էական խնդիր։ 2014 թվականին հետազոտողները ցույց տվեցին, որ նմուշները, որոնք նախկինում ընդունվում էին որպես լոնսդեյլիտի առանձին ֆազ, իրականում կարող են ներկայացնել սովորական խորանարդաձև ալմաստ՝ մեծ քանակությամբ դեֆեկտներով (կրկնակներով և ատոմային շերտերի դասավորության խախտումներով)։ Այդ պատճառով լոնսդեյլիտի գոյությունը որպես ինքնուրույն մաքուր նյութ երկար ժամանակ մնում էր հարցականի տակ։
Ընդ որում, հետազոտությունները շարունակվում են։ Գրաֆիտի հարվածային սեղմման փորձերը իսկապես արձանագրել են լոնսդեյլիտի առաջացումը արտակարգ բարձր ճնշումների տակ, իսկ 2026 թվականին հայտնվեցին նոր հաղորդագրություններ ծավալային վեցանկյուն ալմաստ ստանալու մասին։ Այսինքն՝ լոնսդեյլիտի պատմությունը դեռ հեռու է վերջնական կետից։
Ի վերջո, ունիվերսալ «ամենաամուր» նյութ գոյություն չունի․ գրաֆենը հաղթում է ձգման ամրությամբ, ալմաստը՝ կարծրությամբ, պողպատը՝ հուսալիությամբ, իսկ վյուրցիտային բորի նիտրիդը և լոնսդեյլիտը մնում են հեռանկարային թեկնածուներ նոր ռեկորդների համար։ Նյութագիտության ապագան, հավանաբար, կապված է ոչ թե մեկ բացարձակ չեմպիոնի, այլ կոնկրետ խնդիրների համար նյութեր ստեղծելու հետ։
Պատրաստված է Science Times-ի և Pursuit-ի նյութերի հիման վրա
