Российские ученые выяснили, как устроен сверхтвердый тетраборид вольфрама (WB4) — соединение четырех атомов бора и одного атома вольфрама, о структуре которого ученые спорят уже больше полувека. Оказалось, что это не уникальное соединение, а разновидность недавно синтезированного пентаборида вольфрама, пишет пресс-служба Сколковского института науки и технологий. Исследование опубликовал научный журнал Advanced Science.
«Загадка WB4 разгадана полностью: у нас есть детальное описание этого материала и его структуры. Мы знаем весь диапазон химических составов, который он может иметь, и его свойства. Впереди у теоретиков другие интересные проблемы», — прокомментировал один из авторов работы, профессор Сколковского института науки и технологий Артем Оганов.
Химики и материаловеды всего мира давно мечтают о создании методов и инструментов, с помощью которых можно создавать материалы с определенными свойствами, опираясь лишь на теоретические выкладки и знания о свойствах отдельных химических элементов. Если такие технологии появятся, они совершат настоящую революцию в промышленности и науке.
Первый шаг к решению этой задачи, как отмечает Оганов, был сделан еще в 2006 году. Тогда его команда разработала алгоритм USPEX, который позволяет быстро и точно вычислять свойства кристаллов разных веществ при самых разных температурах и давлении с помощью химической формулы и названия элементов. Позже российские химики усовершенствовали этот метод, «научив» его работать без заданного состава, а также ускорив его с помощью нейросетей.
Недавно с помощью USPEX Оганов и его коллеги показали, что материалов тверже алмаза не может существовать в принципе, а также открыли несколько соединений бора, которые превосходят по некоторым физическим и механическим параметрам даже победит — сплав вольфрама, углерода и кобальта,.
Сверхтвердая загадка
Решив эту проблему, ученые заинтересовались одной из самых старых загадок, связанных со сверхтвердыми материалами. Они попытались выяснить структуру тетраборида вольфрама. Его открыли еще в середине XX века, однако строение ученые не смогли определить до сих пор. Дело в том, что определенные различия в свойствах бора и вольфрама не дают напрямую «сфотографировать» положение атомов в толще этого вещества, а также понять, насколько равномерно они распределены внутри.
Оганов и его коллеги попытались решить эту проблему, просчитав структуру разных вариаций WB4 с помощью алгоритмов и сопоставив эти результаты с экспериментальными данными. Оказалось, что WB4 на самом деле не существует.
На самом деле это вещество представляет собой одну из вариаций пентаборида вольфрама — материала, который Оганов и его коллеги открыли несколько лет назад и синтезировали в Институте физики высоких давлений РАН. Оказалось, что в этом веществе содержится не четыре атома бора на каждый атом вольфрама, а 4,18 или 4,86 атома. Поэтому ученые предложили переименовать его из WB4 в WB5-x.
Поскольку WB5-x достаточно легко синтезировать, его механические свойства и стабильность при высоких температурах делают его перспективной альтернативой композитам на основе карбида вольфрама, которые чаще всего использовались во многих технологиях последние 90 лет, заключают Оганов и его коллеги.
Это тоже интересно: