Это прорыв! Российские ученые описали «невозможный» материал

Новый двумерный материал в представлении российской нейросети Kandinsky
Новый двумерный материал в представлении российской нейросети KandinskyИсточник: Kandinsky

Исследователи из НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива охарактеризовали новый двумерный материал — хлорид никеля. Ранее существование никелевого 2D-материала считалось невозможным. Работа опубликована в научном журнале Computational Materials Science.

Никель часто используется как добавка к графену и другим 2D-материалам: он оседает на их поверхности и проявляет свои каталитические и адсорбционные свойства. Полученные таким способом композиты на основе никеля и других металлов используются, в частности, для получения и хранения водорода, поэтому они находятся в фокусе внимания многих исследователей, сообщил руководитель российской части научного коллектива, профессор кафедры физики конденсированных сред НИЯУ МИФИ Константин Катин.

«В отличие от этих композитов, постепенно уходящих с переднего края материаловедения в область технологий, NiCl2 содержит никель не в виде добавки, а в качестве основного элемента, поэтому содержание никеля в этом материале очень велико. Таким образом, NiCl2 интересен не только сам по себе, но и как пример никелевого 2D-материала, существование которого ранее казалось невозможным», — уточнил Катин.

По словам эксперта, несложно сконструировать много подобных гипотетических материалов, и компьютерное моделирование — лучший помощник в таком конструировании. Оно помогает сразу отсечь невозможные или неинтересные варианты, чтобы сконцентрировать усилия на синтезе действительно выдающихся материалов.

На рисунке показан процесс разрушения монослоя хлорида никеля NiCl2. Синие и зеленые кружки — соответственно, атомы никеля и хлора
На рисунке показан процесс разрушения монослоя хлорида никеля NiCl2. Синие и зеленые кружки — соответственно, атомы никеля и хлораИсточник: пресс-служба НИЯУ МИФИ

«В нашей работе использовался многомасштабный подход. На первом этапе проводились точные квантово-механические расчёты, описывающие взаимодействие атомов в двумерном материале. Далее были найдены математические формулы, точно воспроизводящие межатомное взаимодействие, но не требующие трудоёмких квантово-механических расчетов. Применяя их, мы смогли провести длительное молекулярно-динамическое моделирование материала, наблюдать его плавление и другие фазовые переходы», — сообщил ученый.

Исследователи, в частности, обнаружили переходы из 2D в тубулярные (1D) и кластерные (0D) формы. Кроме того, они рассчитали кривую «напряжение-деформация» и исследовали прочность листа.

«NiCl2 не является сверхпрочным материалом, как графен и некоторые другие 2D листы. Его модуль Юнга оказался примерно втрое ниже, чем для известного материала MoS2. Однако катализаторы обычно не испытывают больших механических нагрузок, так что это не помешает его использованию. Температура плавления NiCl2 составляет около 700 К, что достаточно для подавляющего большинства технологических процессов, в которых участвуют 2D-материалы», — отметил специалист.

Материал уже получен учеными, но пока в небольшом количестве, невысоком качестве и в ограниченном числе лабораторий. Его свойства подтверждены экспериментально и продолжают активно исследоваться. По мнению специалистов, предложенный ими многомасштабный подход может служить образцом при исследовании других 2D-материалов. В ближайшее время они планируют найти с его помощью другие интересные 2D-материалы на основе никеля.

Ранее ученые вдохновились кукурузой и создали материал, который способен защитить технику от падений.

Источник

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.