Создан алмазный материал с крайне низкой плотностью

Получение аэрогеля в алмазной наковальне (иллюстрация Kwei-Yu Chu / LLNL).

Американские исследователи разработали материал чрезвычайно низкой плотности на основе нанокристаллического алмаза.

Он относится к классу аэрогелей — пористых материалов, представляющих собой гель, в котором жидкая фаза полностью замещена газообразной. Полости в аэрогелях занимают бóльшую часть объёма, благодаря чему они приобретают малую плотность и низкие теплопроводность и показатель преломления. Аэрогель использовался для создания ловушки, которая захватывала космическую пыль, на космическом аппарате Stardust, но применять такой материал можно и в массовом производстве — скажем, в конструкции газовых и жидкостных фильтров.

Первый образец аэрогеля был представлен в далёком 1931 году, и учёные уже успели опробовать самые разные методики изготовления пористого вещества, получив, к примеру, кварцевые, углеродные и глинозёмные варианты. В своих опытах американцы использовали аэрогель на основе аморфного углерода.

Небольшую заготовку учёные поместили в так называемую алмазную наковальню — устройство, которое позволяет сильно сжимать образец, находящийся между плоскими поверхностями двух алмазов. Чтобы смоделировать естественный процесс образования алмаза из атомов углерода в недрах Земли, создаваемое давление пришлось увеличить до 20 ГПа, а температуру, повышаемую методом лазерного нагрева, — до 1 200 К. Сохранить структуру аэрогеля при таком давлении помог неон, который заполнил поры в материале, а на отметке в 5 ГПа превратился в твёрдое вещество.

Общий вид алмазной наковальни.

Плотность полученного алмазного аэрогеля составила около 40 кг/м³. Плотность сухого воздуха на уровне моря не слишком сильно отличается от этой величины и равна 1,225 кг/м³.

Синтезированные образцы алмазного аэрогеля имеют микрометровые размеры. Сейчас авторы пытаются определить минимальные давление и температуру, необходимые для «трансформирования» аморфной структуры в кристаллическую, и найти более практичную методику изготовления материала.

Основные стадии синтеза алмазного аэрогеля: видео