Шта је „тврђе“, угљеничне наноцеви (ЦНТ) или дијамант? Одговор зависи од тога да ли вршите притисак на то. У погледу Мохсове тврдоће, ове две су упоредиве - тврдоћа угљеничних наноцеви је упоредива са тврдоћом дијаманта. Што се тиче тврдоће по Викерсу, угљеничне наноцеви у природном стању (185,1 ХВ) су далеко ниже од дијаманта (реда 10.000 ХВ). Али чудо се дешава када се угљеничне наноцеви хладно компресују: оне могу да формирају ултратврду фазу са модулом запремине од 447 ГПа, са вредношћу тврдоће која расте са оригиналних 185,1 ХВ на 241 ГПа (24 100 ХВ), што је 4 пута више од грубог дијаманта (приближно 60 ГПа). То значи: у нормалним условима, дијамант је тврђи; након третмана високим{15}}притиском, угљеничне наноцеви могу да надмаше дијамант и постану „краљ ултратврдих материјала“. Схандонг Танфенг Нев Материал обезбеђује угљеничне наноцеви високе{17}}чистоће са више-/једноструких зидова-угљеничних наноцеви, служећи као идеална сировина за тако -истраживање високих перформанси.
1. Прво дефинишите стандард: две врсте „тврдоће“, два одговора
Закључак:Шта је „тврђе“, угљеничне наноцеви или дијамант? Зависи од тога коју врсту тврдоће мерите - Мохсову тврдоћу, Викерсову тврдоћу и модул запремине након ултра-фазне трансформације високог притиска дају потпуно различите одговоре.
Термин "тврдоћа" у науци о материјалима има најмање три значења. Различите методе мерења и различити услови дају потпуно различите закључке:
| Тип тврдоће | Меасуремент Метход | Типична вредност дијаманта | Типична вредност угљеничних наноцеви |
|---|---|---|---|
| Мохс Харднесс | Загребите минерале један о други | 10 (највише) | Упоредиво са дијамантом |
| Викерсова тврдоћа (нормално стање) | Утискивање дијаманта | Реда од 10.000 ХВ (приближно 100 ГПа) | 185,1 ХВ (композитни материјал) |
| Викерсова тврдоћа (фаза високог-притиска) | Мерено након хладног компресије | Приближно 100-150 ГПа | 241 ГПа (наноудвојени дијамантски снопови направљени од ЦНТ-а) |
| Булк Модулус | Отпорност на компресију | Приближно 440-442 ГПа | Хладно компримована фаза 447 ГПа |
Кључна разлика је:Измерена вредност тврдоће угљеничних наноцеви у њиховом природном стању је релативно ниска (посебно у композитима), али када се подвргну екстремној компресији, трансформишу се у ултратврду фазу која је тврђа од дијаманта.
Напомена: Викерсова тврдоћа композитног материјала угљеничних наноцеви (као што је легура алуминијума ЦНТ/2024) је око 185 ХВ. Ова вредност одражава укупну тврдоћу композита, а не тврдоћу самих угљеничних наноцеви. Истраживања тврдоће појединачних угљеничних наноцеви се углавном спроводе у области фазне трансформације ултра{4}}високог притиска.
2. Обрачун нормалног стања: Изједначење по Мохсвој тврдоћи, Победе за Дијамантску тврдоћу по Викерсу
Закључак:У „нормалним“ условима (нормалан притисак, собна температура) са којима се сусрећемо у свакодневном животу, дијамант је апсолутни краљ тврдоће. Перформансе тврдоће угљеничних наноцеви углавном зависе од композитне матрице.
2.1 Мохсова тврдоћа: врат и врат
Из перспективе „међусобног гребања“, тврдоћа угљеничних наноцеви је „упоредива“ са тврдоћом дијаманта.
Угљеничне наноцеви се састоје од атома угљеника повезаних сп² ковалентним везама које формирају шесточлану прстенасту структуру-, док се дијамант састоји од тродимензионалног оквира сп³ ковалентних веза. Обе су угљеник-угљеничне везе - једна од најстабилнијих хемијских веза у природи. Због тога, када се гребају, ниједан нема јасну предност над другим.
Лаички речено:Дијамант може да изгребе стакло, а угљеничне наноцеви такође могу да изгребу стакло - на овој димензији, две спојене.
2.2 Викерсова тврдоћа: доминира дијамант
Викерсова тврдоћа се мери утискивањем дијамантског индентера у површину материјала и мерењем дубине утискивања. У овом тесту, конвенционалне угљеничне наноцеви су далеко инфериорније од дијаманта:
| Материјал | Вицкерс Харднесс |
|---|---|
| Диамонд | Приближно 100 ГПа магнитуде (10.000 ХВ) |
| Композит угљеник наноцеви/алуминијумске легуре | Максимално приближно 185,1 ХВ након чврстог раствора + третмана старењем |
Разлика је око 50 пута.
Али ево кључне тачке: 185 ХВ мери „угљеничне наноцеви + легура алуминијума“ цело - истраживање које заиста одражава тврдоћу самих угљеничних наноцеви се спроводи коришћењем другог система „ултра-високог притиска“ у лабораторији.
3. Тренутак „трансформације“: Притисните угљеничне наноцеви, оне постају тврђе од дијаманта
Закључак:Када се угљеничне наноцеви хладно компримују до изнад приближно 75 ГПа (750.000 атмосфера), оне се трансформишу у нову ултратврду угљеничну фазу са модулом запремине који је већи од дијаманта.
Ово је прави „адут“ угљеничних наноцеви.
3.1 Експеримент са хладном компресијом: 75 ГПа покреће фазни прелаз
Године 2004, тим који је предводио Зхонгву Ванг са Универзитета у Аризони објавио је значајну студију уПНАС. Поставили су угљеничне наноцеви са-вишезидним зидовима у ћелију дијамантског наковња и подесили их на приближно 100 ГПа (око 1 милион атмосфера). Открили су да се на око 75 ГПа, угљеничне наноцеви трансформишу у потпуно нову хексагоналну угљеничну фазу.
Кључни подаци:
| Параметар | Валуе |
|---|---|
| Булк Модулус | 447 ГПа (са фиксираним К′=4), што прелази приближно 440-442 ГПа дијаманта |
| Густина | 3,6±0,2 г/цм³, упоредиво са дијамантом |
| Повративост | Ова фаза је задржана у амбијенталном окружењу након ослобађања притиска |
Модул запремине је индикатор „отпорности на компресију“ - што је већи модул запремине, то је материјал теже сабити под притиском. Фаза високог-притиска угљеничних наноцеви превазилази дијамант у овом индикатору.
3.2 Нанотвиннед пакети дијаманата: рекорд-преко 241 ГПа
Године 2021, тим предвођен професором Зхао Зхисхенгом и професором Ксу Боом са Универзитета Јаншан објавио је истраживање уПНАС. Користећи високо оријентисане-филмове угљеничних наноцеви са више зидова као прекурсоре, они су синтетизовали дијамант са преференцијално оријентисаним нано-уплетеним сноповима кроз третман високог-притиска и високе температуре (ХПХТ).
Најневероватнији резултати:
| Параметар | Валуе |
|---|---|
| Кнооп Харднесс | До 241 ГПа, више од 20% више од претходног светског рекорда |
Шта значи 241 ГПа? Кнооп тврдоћа необрађеног дијаманта (природног дијаманта) је обично између 60-100 ГПа. То значи да је "нанотвиннед сноп дијамант" трансформисан из угљеничних наноцеви 2-4 пута тврђи од обичног дијаманта.
Експеримент је такође открио да овај материјал показује значајну механичку анизотропију: тврдоћа варира у зависности од оријентације снопова нано-удвостручених, при чему се највећа тврдоћа постиже када је индентер окомит на снопове близанаца.
4. „Теоретски плафон“: тродимензионалне ковалентне угљеничне наноцеви-
Закључак:Теоријски прорачуни предвиђају да би тврдоћа по Викерсу одређених тродимензионалних ковалентних угљеничних наноцеви полимера могла да достигне изнад 40 ГПа, падајући између кубног нитрида бора и дијаманта.
Поред експерименталне синтезе, научници су користили прве{0}}калкулације принципа да предвиде ултратврде полимере угљеничних наноцеви које још нису синтетизоване.
| Име структуре | Вицкерс Харднесс | Карактеристике бенда |
|---|---|---|
| ЦНП-оЦ36 | 40,4 ГПа | Полупроводник са индиректним размаком (1,29 еВ) |
| ЦНП-оЦ40 | 37,1 ГПа | Полупроводник са индиректним размаком (0,67 еВ) |
These structures can be considered as three-dimensional covalent crosslinked networks of carbon nanotubes with different chiralities. Their Vickers hardness has already entered the "ultrahard material" range (>40 ГПа се генерално сматра прагом за ултратврде материјале).
Иако су за сада још увек у теоријској фази, ова предвиђања сугеришу да потенцијал угљеничних наноцеви да се трансформишу у тродимензионалне ултратврде структуре далеко превазилази тренутно разумевање.
5. Једна табела за разумевање: шта је „теже“?
| Тест Цондитион / Стате | Диамонд | Царбон Нанотубе | Победник |
|---|---|---|---|
| Мохсова тврдоћа (огреботина) | 10 | Упоредиво са дијамантом | Кравата |
| Нормално стање Викерсове тврдоће | ~100 ГПа | 185 ХВ (композитни материјал) | Диамонд |
| Булк модул након хладног компресије | ~440 ГПа | 447 ГПа | Царбон Нанотубе |
| Висок{0}}Викерсова тврдоћа фазе високог притиска | ~100 ГПа | 241 ГПа | Царбон Нанотубе |
Коначан одговор:
У нормалним условима:Дијамант је "тврђи". У тестовима нормалног стања, тврдоћа дијаманта по Вицкерсу далеко премашује ону композитних материјала угљеничних наноцеви.
под притиском:Угљеничне наноцеви су „тврђе“. Када се угљеничне наноцеви компримују изнад 75 ГПа, оне се трансформишу у ултратврди материјал који је тврђи од дијаманта - било у смислу модула запремине (447 наспрам 440 ГПа) или тврдоће по Викерсу (241 наспрам ~100 ГПа), оне свеобухватно надмашују дијамант.
Угљеничне наноцеви су као „бог рата“ у свету материјала - и изгледају обично у нормалним условима, али када се њихово „треће око отвори“ (примени се екстремни притисак), њихова тврдоћа моментално надмашује дијамант и постаје „краљ ултратврдих материјала“.
6. Нови материјал Схандонг Танфенг: „База сировина“ индустрије угљеничних наноцеви
Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. обезбеђује високу-чистоћу (већу или једнаку 98%) са више-/једноструких зидова-угљеничних наноцеви у праху, служећи као идеална сировина за врхунска-истраживања као што су фазни прелази високог{{7}притиска.
Било да се ради о рекордном-истраживању Универзитета Јаншан{0}}које обара 241 ГПа или о истраживању фазног прелаза хладне компресије Универзитета Аризоне од 75 ГПа, полазна тачка за оба су високо-квалитетне сировине за угљеничне наноцеви.
Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. је управо „извор снаге“ на овом путу од „сировог материјала до ултратврде“.
| Адвантаге Дименсион | Снага новог материјала Танфенг |
|---|---|
| Продуцт Матрик | Комплетан асортиман угљеничних наноцеви са једним-зидом/двоструким-зидом/више{2}}зидом (СВЦНТ/ДВЦНТ/МВЦНТ) |
| Чистоћа производа | Веће или једнако 98%, добра конзистенција серије |
| Процеси припреме | Лучно пражњење, ласерска аблација, хемијско таложење паре (ЦВД); овладавање више процеса |
| Кључни параметри | серија ТФ-210 итд.; величина честица 5-15 μм |
| Мецханицал Пропертиес | Теоријски Јангов модул до 5 ТПа; јачина 100 пута већа од челика; тежина 1/6 од челика |
| Изглед апликације | Седам стратешких праваца укључујући нова енергетска возила, ваздухопловство, железнички транзит |
Тим Универзитета Јаншан је био у могућности да синтетише светски{0}}материјал са „тврдоћом по Кнупу од 241 ГПа“ ослањајући се на-квалитетне прекурсоре угљеничних наноцеви. Са 20 година индустријске акумулације угљеничних материјала, Танфенг Нев Материал пружа стабилну и поуздану гаранцију сировина за таква врхунска-истраживања.
Закључак: Шта је теже? Одговори - Дијамант под нормалним условима, угљеничне наноцеви под притиском
| Држава | Теже | Кључни подаци |
|---|---|---|
| Нормалан притисак и температура | Диамонд | Викерсова тврдоћа приближно 100 ГПа у односу на ЦНТ композит 185 ХВ |
| High Pressure (>75 ГПа) | Царбон Нанотубес | Булк модул 447 ГПа премашује дијамант; 241 ГПа је четири пута више од дијаманта |
Дебата о тврдоћи између угљеничних наноцеви и дијаманта на крају даје одговор да је функција - функција „притиска“. Примените довољан притисак на угљеничне наноцеви и оне ће надмашити дијамант и постати „Краљ ултратврдих материјала“.
Ово је врхунски шарм угљеничних наноцеви: оне могу бити довољно „меке“ да се увијају у жице наноразмера и довољно „тврде“ да надмаше дијамант. Од рекорда од 241 ГПа Универзитета Јаншан до стабилног излаза угљеничних наноцеви чистоће Танфенг Нев Материала са чистоћом од 98% или једнаком, ова „дебата о тврдоћи“ се креће од академског истраживања до индустријске трансформације.