고압은 재료의 특성을 극적으로 변화시키며 때로는 유용한 응용 분야에서 물리적 및 화학적 특성을 생성합니다. 문제는 재료가 그러한 고압을 가능하게 하는 부피가 큰 용기를 떠나면 이러한 바람직한 특성이 일반적으로 사라진다는 것입니다. 그러나 이제 중국의 고압 과학 및 기술 첨단 연구 센터(HPSTAR)와 미국의 스탠포드 대학의 연구원들은 이러한 용기 외부의 고압 물질을 독립형 나노 구조에 가두어 그 특성을 유지하는 데 성공했습니다. 다이아몬드로 만든 캡슐.
작업에서 팀이 이끄는 찰스 차오시 젱 의 HP스타 아르곤 가스가 있는 상태에서 거의 50°C까지 가열하면서 유리질 탄소로 알려진 비정질 및 다공성 형태의 탄소 샘플에 500기가파스칼(지구 대기압의 약 000배)의 압력을 가했습니다. 유리질 탄소는 처음에는 아르곤에 대해 불투과성이지만 고압에서 스펀지처럼 흡수합니다. 결과는 실험이 수행된 고압 용기에서 제거된 후에도 수많은 고립된 기공에 아르곤을 유지하는 나노결정질 다이아몬드 복합재입니다.
고해상도 투과 전자 현미경을 사용하여 팀은 나노구조 다이아몬드 캡슐(NDC)이라고 부르는 이 구멍이 고압의 아르곤 "알갱이"를 포함하고 있음을 발견했습니다. 논문의 주저자인 Denise Zhidan Zeng 자연 결과를 설명하면서 이 발견이 중요하다고 말했습니다. 왜냐하면 지금까지는 압력 용기의 두껍고 강한 벽을 관통할 수 있는 단단한 X선과 같은 프로브에 의존하지 않고 고압 물질을 제자리에서 특성화하기가 어려웠기 때문입니다. "새로운 NDC를 사용하면 이 부피가 큰 장치를 없애고 고압 조건을 유지하고 따라서 연구 중인 재료의 고압 특성을 유지할 수 있습니다."라고 그녀는 말합니다.
다이아몬드 영감
연구원들은 대부분의 재료와 달리 다이아몬드를 사용하기로 선택했습니다. 왜냐하면 이 형태의 탄소는 더 높은 압력에서 형성된 후 주변 압력에서 놀라운 기계적 및 광전자적 특성을 유지하기 때문입니다. "우리는 천연 지질학적 다이아몬드 내포물에서 영감을 얻었고 다이아몬드만으로도 이러한 내포물 내에서 고압을 유지할 수 있을 만큼 충분히 강하다는 것을 발견했습니다."라고 Qiaoshi Zeng이 설명합니다. "따라서 우리는 얇은 다이아몬드 외피 내에서 고압 물질이 높은 구속 압력으로 보존되는 합성 다이아몬드 내포물을 만들기로 결정했습니다."
연구자들은 NDC가 캡슐의 벽 두께가 수십 나노미터에 불과하더라도 최대 수십 GPa의 압력을 유지할 수 있음을 발견했습니다. 벽이 얇기 때문에 팀은 투과 전자 현미경(TEM) 및 연 X선 분광법을 기반으로 한 다양한 기술을 포함하여 최신 진단 프로브를 사용하여 내부 재료의 원자/전자 구조, 구성 및 결합 특성에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있습니다. 그렇지 않으면 고압 용기와 호환되지 않습니다.
가스 및 액체 샘플
전통적인 정적 고압 기술은 또한 샘플 크기에 제한을 두었습니다. 압력이 높을수록 샘플은 작아야 합니다. 최근에 개발된 또 다른 기술은 고에너지 전자 조사를 사용하여 탄소 나노튜브(CNT)와 같은 나노구조 탄소 내부에 캡슐화된 고체 입자에 압력을 가함으로써 이 문제를 해결하지만 Qiaoshi Zeng은 이 기술이 중요한 제한을 가지고 있다고 지적합니다. 특히, 타겟 고체 물질 입자를 CNT 내부에 성공적으로 밀봉한 다음 방사선으로 압력을 가하는 것은 이상적인 실험 조건에서도 기술적으로 어렵고 기체 또는 액체 샘플에는 적합하지 않습니다. "반대로 NDC에는 그러한 제한이 없습니다."라고 QiaoshiZeng은 말합니다. 물리 세계.
폭발 나노다이아몬드는 세포 내부의 나노 스케일 온도 측정을 제공할 수 있습니다
그는 바람직한 특성을 가진 많은 재료가 고압에서 발견되었으며 이러한 새로운 재료는 주변 조건에서 이러한 특성을 유지할 수 있게 된다면 특히 매력적이라고 덧붙였습니다. "우리의 연구는 상온 초전도와 같은 고압 물질에서만 나타나는 새로운 특성을 유지하기 위한 중요한 단계입니다."라고 그는 말합니다.
연구원들은 현재 NDC에서 이러한 고압 상태를 보존하기 위해 이 기술을 사용하여 다양한 재료를 연구하고 있습니다. Qiaoshi Zeng은 “고압 재료 합성을 확대하는 방안도 검토하고 있습니다.
