RSS-ленты
РусскийEnglish
Выпуск 10, 2024
Том год страница
Выпуски Авторы PACS Подписчикам Для авторов

Выпуски

 / 

2020

 / 

Июнь

←  →

Обзоры актуальных проблем


Ультратвёрдые наноматериалы: мифы и реальность


Институт физики высоких давлений Российской академии наук им. Л.Ф. Верещагина, Калужское шоссе 14, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация

Проведён критический анализ публикаций последних 25 лет о получении углеродных материалов с объёмным модулем сжатия и твёрдостью, намного превышающими соответствующие значения для алмаза. Анализируются три группы сложившихся в последние годы мифов: о возможности создания материалов с модулями сжатия, существенно превышающими алмазные; об "экспериментально измеренных" значениях твёрдости намного выше алмазных и о якобы существующих "теоретических" основаниях для повышения твёрдости ковалентных веществ в несколько раз (!) за счёт эффектов квантового ограничения (конфайнмента). Показана принципиальная невозможность получения при нормальных условиях материалов с упругими модулями, заметно превышающими алмазные. Обсуждаются проблемы количественного измерения твёрдости, отмечается, что создание препятствий для движения дислокаций в наноматериалах может позволить увеличить эффективную измеряемую твёрдость сверхтвёрдых материалов на 20—40%. Отмечается, что иные гипотетические пути повышения твёрдости, например, за счёт квантового конфайнмента, в действительности не имеют под собой физических оснований. Наиболее высокие механические характеристики алмаза связаны с надёжно установленными физическими законами, и любые утверждения о возможности получения материалов с упругими характеристиками или твёрдостью в несколько раз превосходящими таковые для алмаза, не могут рассматриваться как сколько-нибудь достоверные и научные.

Текст pdf (659 Кб)
English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2019.07.038635
Ключевые слова: упругие модули, твёрдость, углеродные материалы, наноструктуры, квантовый конфайнмент
PACS: 62.20.−x, 62.20.Qp (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2019.07.038635
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2020/6/a/
000563842900001
2-s2.0-85091665976
2020PhyU...63..523B
Цитата: Бражкин В В "Ультратвёрдые наноматериалы: мифы и реальность" УФН 190 561–584 (2020)
BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 18 апреля 2019, доработана: 17 июля 2019, 26 июля 2019

English citation: Brazhkin V V “Ultrahard nanomaterials: myths and reality” Phys. Usp. 63 523–544 (2020); DOI: 10.3367/UFNe.2019.07.038635

Список литературы (106) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (12) Похожие статьи (20)

  1. Brazhkin V V, Lyapin A G, Hemley R J Philos. Mag. A 82 231 (2002)
  2. Brazhkin V V, Lyapin A G Proc. of the NATO Advanced Research Workshop on Innovative Superhard Materials and Sustainable Coatings, Kiev, Ukraine, 12-15 May 2004 (NATO Science Series, Ser. II) Vol. 200 (Eds J Lee, N Novikov) (Dordrecht: Springer, 2005) p. 1
  3. Brazhkin V V, Lyapin A G J. Superhard Mater. 34 400 (2012)
  4. Helmersson U et al J. Appl. Phys. 62 481 (1987)
  5. Бланк В Д и др ЖЭТФ 114 1365 (1998); Blank V D et al JETP 87 741 (1998)
  6. Serebryanaya N R et al Solid State Commun. 118 183 (2001)
  7. Blank V et al Perspectives of Fullerene Nanotechnology (Ed. E Osawa) (Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2002) p. 223
  8. Blank V D et al Carbon 36 665 (1998)
  9. Blank V et al Diamond Related Mater. 7 427 (1998)
  10. Mezouar M et al Phys. Rev. B 68 193414 (2003)
  11. Talyzin A V et al Phys. Rev. B 71 115424 (2005)
  12. Бражкин В В, Ляпин А Г УФН 166 893 (1996); Brazhkin V V, Lyapin A G Phys. Usp. 39 837 (1996)
  13. Бражкин В В и др УФН 167 1019 (1997); Brazhkin V V et al Phys. Usp. 40 969 (1997)
  14. Popov M et al Carbon 76 250 (2014)
  15. Brazhkin V et al Nat. Mater. 3 576 (2004)
  16. Irifune T et al Nature 421 599 (2003)
  17. Sumiya H, Irifune T SEI Tech. Rev. (59) 52 (2005)
  18. Sumiya H, Irifune T SEI Tech. Rev. (66) 85 (2008)
  19. Sumiya H MRS Bull. 42 729 (2017)
  20. Dubrovinskaia N et al Appl. Phys. Lett. 87 083106 (2005)
  21. Dubrovinskaia N, Dub S, Dubrovinsky L Nano Lett. 6 824 (2006)
  22. Dubrovinskaia N et al Appl. Phys. Lett. 90 101912 (2007)
  23. Solozhenko V L, Kurakevych O O, Godec Y Le Adv. Mater. 24 1540 (2012)
  24. Telling R H et al Phys. Rev. Lett. 84 5160 (2000)
  25. Chacham H, Kleinman L Phys. Rev. Lett. 85 4904 (2000)
  26. Roundy D, Cohen M L Phys. Rev. B 64 212103 (2001)
  27. Umeno Y, Shiihara Y, Yoshikawa N J. Phys. Condens. Matter 23 385401 (2011)
  28. Luo X et al J. Phys. Chem. C 114 17851 (2010)
  29. Dub N et al J. Superhard Mater. 36 217 (2014)
  30. Gao F et al Phys. Rev. Lett. 91 015502 (2003)
  31. Chen X-Q et al Intermetallics 19 1275 (2011)
  32. Dai F-Z, Zhou Y Sci. Rep. 6 33085 (2016)
  33. Tian Y, Xu B, Zhao Z Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 33 93 (2012)
  34. Александров И В и др ЖЭТФ 93 680 (1987); Aleksandrov I V et al Sov. Phys. JETP 66 384 (1987)
  35. Anderson O L, Nafe J E J. Geophys. Res. 70 3951 (1965)
  36. Cohen M L Phys. Rev. B 32 7988 (1985)
  37. Stishov S M Philos. Mag. Lett. 80 125 (2000)
  38. Бражкин В В УФН 179 393 (2009); Brazhkin V V Phys. Usp. 52 369 (2009)
  39. Thorpe M F J. Non-Cryst. Solids 57 355 (1983)
  40. Kelires P C Diamond Related Mater. 10 139 (2001)
  41. Zhu Q et al Phys. Rev. B 83 193410 (2011)
  42. Ruoff R S, Ruoff A L Nature 350 663 (1991)
  43. Ruoff R S, Ruoff A L Appl. Phys. Lett. 59 1553 (1991)
  44. Wang Y, Tománek D, Bertsch G F Phys. Rev. B 44 6562(R) (1991)
  45. Blank V D et al Nanotechnology 29 115603 (2018)
  46. Lyapin A G et al Appl. Phys. Lett. 83 3903 (2003)
  47. Popov M, Kulnitskiy B, Blank V Comprehensive Hard Mater. 3 515 (2014)
  48. Kvashnina Yu A et al J. Phys. Chem. Lett. 6 2147 (2015)
  49. Kvashnina Yu A et al Carbon 115 546 (2017)
  50. Manghnani M H et al Phys. Rev. B 64 121403(R) (2001)
  51. Lyapin A G et al Phys. Rev. B 54 R14242 (1996)
  52. Dubrovinsky L et al Nat. Commun. 3 1163 (2012)
  53. Dubrovinskaia N et al Sci. Adv. 1600341 (2016)
  54. Tanigaki K et al Nat. Commun. 4 2343 (2013)
  55. Erohin S V, Sorokin P B Appl. Phys. Lett. 107 121904 (2015)
  56. Eremets M I et al Appl. Phys. Lett. 87 141902 (2005)
  57. Ландау Л Д, Лифшиц Е М Теория упругости (М.: Наука, 2001); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Theory of Elasticity (Oxford: Pergamon Press, 1970)
  58. Chang Y-Y et al Phys. Earth Planet. Inter. 228 47 (2014)
  59. Mao W L et al Science 302 425 (2003)
  60. Wang Z et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101 13699 (2004)
  61. Dub S N et al J. Superhard Mater. 39 88 (2017)
  62. Wang Y et al Eng. Fract. Mech. 75 4978 (2008)
  63. Wang Y, Tam P L, Shen Y G Thin Solid Films 516 7641 (2008)
  64. Sneddon I N Proc. Camb. Philos. Soc. Math. Phys. Sci. 44 492 (1948)
  65. Sneddon I N Int. J. Eng. Sci. 3 47 (1965)
  66. Gong J, Wu J, Guang Z J. Eur. Ceram. Soc. 19 2625 (1999)
  67. Teter D M MRS Bull. 23 22 (1998)
  68. Chung H-Y et al Appl. Phys. Lett. 92 261904 (2008)
  69. Gilman J J J. Appl. Phys. 46 5110 (1975)
  70. Gilman J J J. Appl. Phys. 39 6086 (1968)
  71. Siethoff H Appl. Phys. Lett. 65 174 (1994)
  72. Siethoff H J. Appl. Phys. 87 3301 (2000)
  73. Tse J S, Klug D D, Gao F Phys. Rev. B 73 140102(R) (2006)
  74. Jhi S-H et al Phys. Rev. Lett. 86 3348 (2001)
  75. Yamakov V et al Nat. Mater. 1 45 (2002)
  76. Sumiya H, Irifune T J. Mater. Res. 22 2345 (2007)
  77. Ohfuji H et al Phys. Chem. Miner. 39 543 (2012)
  78. Isobe F et al J. Nanomater. 2013 380165 (2013)
  79. Irifune T, Sumiya H Comprehensive Hard Mater. 3 173 (2014)
  80. Irifune T, Isobe F, Shinmei T Phys. Earth Planet. Inter. 228 255 (2014)
  81. Yan C et al Phys. Status Solidi A 201 R25 (2004)
  82. Tian Y et al Nature 493 385 (2013)
  83. Huang Q et al Nature 510 250 (2014)
  84. Xu B, Tian Y Sci. China Mater. 58 132 (2015)
  85. Xu B, Tian Y Acta Phys. Sinica 66 036201 (2017)
  86. Tian Y Book of Abstracts of AIRAPT 26th Conf., Bejing, China (Bejing: Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, 2017) p. 109
  87. Wang C, Jin Z M Book of Abstracts of Intern. Conf. on the Earth's Deep Interior, Wuhan, China (Wuhan: Wuhan Univ., 2016)
  88. Yang B et al ACS Appl. Mater. Interfaces 10 42804 (2018)
  89. Dubrovinskaia N, Dubrovinsky L Nature 502 E1 (2013)
  90. Tian Y et al Nature 502 E1 (2013)
  91. Novikov A P (2018), Частное сообщение
  92. Banerjee A et al Science 360 300 (2018)
  93. Lehmann V, Gösele U Appl. Phys. Lett. 58 856 (1991)
  94. Tsu R, Shen H, Dutta M Appl. Phys. Lett. 60 112 (1992)
  95. van Buuren T et al Appl. Phys. Lett. 63 2911 (1993)
  96. Wilcoxon J P, Samara G A, Provencio P N Phys. Rev. B 60 2704 (1999)
  97. Wang Y, Herron N Phys. Rev. B 42 7253 (1990)
  98. Raty J-Y et al Phys. Rev. Lett. 90 037401 (2003)
  99. Chang Y K et al Phys. Rev. Lett. 82 5377 (1999)
  100. Halperin W P Rev. Mod. Phys. 58 533 (1986)
  101. Эфрос Ал Л, Эфрос А Л ФТП 16 1209 (1982); Efros Al L, Efros A L Sov. Phys. Semicond. 16 772 (1982)
  102. Lippens P E, Lannoo M Phys. Rev. B 39 10935 (1989)
  103. Kayanuma Y Phys. Rev. B 38 9797 (1988)
  104. Mizel A, Cohen M L Phys. Rev. B 56 6737 (1997)
  105. Грязнов В Г, Капрелов А М, Романов А Е Письма в ЖТФ 15 (2) 55 (1989); Gryaznov V G, Kaprelov A M, Romanov A E Tech. Phys. Lett. 15 39 (1989)
  106. Khvostantsev L G, Tsiok O B, Ustinov I V, Brazhkin V V Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 54 1 (2016)
© Успехи физических наук, 1918–2024
Электронная почта: ufn@ufn.ru Телефоны и адреса редакции О журнале Пользовательское соглашение