Химики из России и Китая предсказали новый сверхтвердый материал, который можно применять в буровых технологиях, машиностроении и других областях. Предсказанный учеными новый борид вольфрама по своим свойствам превосходит применяемый ныне в этой области материал - победит. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале The Journal of Physical Chemistry Letters.
Высокотвердые вещества имеют множество важных областей применения: бурение скважин, машиностроение, металлообработка, военная промышленность, хирургия и многое другое. Cамый твердый известный материал – алмаз, но для некоторых задач использовать его чересчур расточительно. Буровые головки для буровых установок уже много лет делают из материала победита (композит карбида вольфрама с кобальтом), содержащего вкрапления синтетических алмазов. Созданный в 1930-е годы, свое название победит получил во время Великой Отечественной войны, когда из него изготавливали наконечники противотанковых снарядов. За последние 80 лет так и не появилось материала, который может составить победиту конкуренцию. Более твердые материалы либо требуют высоких давлений синтеза, либо имеют гораздо более низкую трещиностойкость.
Ученые из Сколтеха и МФТИ под руководством профессора Артема Оганова с помощью созданного им эволюционного алгоритма USPEX предсказали новый материал, который можно синтезировать при нормальном давлении и который может успешно конкурировать с победитом по двум самым важным параметрам: твердости и трещиностойкости. Уступая победиту по трещинностойкости на 20%, новый материал превосходит победит по твердости на 50 %. Новым материалом оказался WB5, ранее неизвестное вещество. WB5 можно легко получить в нормальных условиях. Исследование было выполнено в рамках масштабного проекта компании "Газпром нефть", направленного на создание новых материалов для буровых технологий.
"Прежде чем мы обнаружили этот материал, мы изучили на компьютере множество систем, предсказывая стабильные химические соединения и рассчитывая их свойства. Это были интересные вещества, но с победитом они соревноваться не могли. В какой-то момент я даже подумал, что нам не удастся победить победит, и не зря этот материал удерживал свою нишу почти столетие. И вдруг забрезжил свет на горизонте и мы нашли уникальное соединение – WB5", - рассказывает руководитель исследования Артем Оганов.
"Система вольфрам-бор была предметом огромного числа экспериментальных и теоретических исследований, и странно, что это соединение не было обнаружено до сих пор", - говорит первый автор исследования, д-р Александр Квашнин.