Ученые из Сколтеха предсказали новый сверхтвердый материал с уникальными характеристиками

Предсказанный исследователями новый борид вольфрама по своим свойствам превосходит применяемый ныне в этой области материал — победит. Результаты исследования опубликованы в 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 его использование слишком расточительно. Буровые головки для буровых установок уже много лет делают из материала победита (представляет собой 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 конкуренцию победиту. Более твердые вещества либо требуют высоких давлений синтеза, либо имеют гораздо более низкую устойчивость к растрескиванию.

Ученые из Сколтеха 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 второму пункту на 20%, новый материал превосходит его по твердости на 50%. Новым материалом оказался WB5, ранее неизвестное вещество. WB5 можно легко получить в нормальных условиях. Исследование выполнено в рамках масштабного проекта компании «Газпром нефть», направленного на создание новых материалов для буровых технологий.

«Прежде чем обнаружить 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 Александр Квашнин.