Химики превратили наночастицы фуллерита в ранее неизвестную форму углерода. Несмотря на аморфную структуру она не уступает в прочности алмазам и очень похожа на них внешне. Описание исследования опубликовал научный журнал Nature.

"Нам удалось найти "потерянное звено" между аморфными и кристаллическими формами материи", — пишут исследователи.

За последние полвека ученые открыли несколько новых форм углерода и других соединений, которые равны алмазу по прочности и другим характеристикам или превосходят его. Это, например, карбин, фуллерит, нанополикристаллические алмазы или эльбор. В некоторых случаях ученые пока не могут четко объяснить, почему эти материалы настолько тверды.

В ходе новой работы ученые под руководством доцента Университета Джорджа Мейсона в Фейрфаксе (США) Говарда Шена работали с одной из этих форм — фуллеритом. Этот углеродный наноматериал состоит из спрессованных фуллеренов — шарообразных наноструктур, каждая из которых состоит из шестидесяти атомов углерода. Многие разновидности фуллерита превосходят алмазы по прочности, но при этом у них не кристаллическая, а аморфная структура.

Шен и его коллеги выяснили, что фуллериты можно использовать для создания еще одной сверхпрочной аморфной формы углерода. Внешне она очень похожа на алмаз, но при этом лишена его главного недостатка — хрупкости.

Как обнаружили исследователи, если сжать наночастицы фуллерита до 300 тыс. атмосфер и одновременно нагреть до 900-1300 °С, возникает новый прозрачный материал, состоящий из беспорядочно соединенных атомов углерода. Этот материал остается стабильным после завершения сжатия и нагрева и не уступает в прочности алмазу.

Получив несколько достаточно крупных фрагментов этого материала, ученые исследовали его структуру рентгеновским и электронным микроскопами. Оказалось, что он состоит из двух наборов атомов углерода, часть из которых образует связи примерно так же, как атомы в кристалле алмаза, а другие ведут себя так, как будто они находятся в листе графита или графена.

Подобная необычная особенность, как объясняют химики, говорит о том, что это так называемый паракристалл. Так ученые называют особую форму материи, которая похожа на упорядоченный кристалл на наноуровне, но при этом на макроуровне ведет себя как "хаотичный" аморфный материал.

Пока химики не могут сказать, почему такой материал образуется при сжатии и нагреве фуллерита, с другими углеродными материалами подобное не выходит. Ученые надеются, что узнать это можно будет в ходе дальнейших исследований.