Tugevuse uurimisel ei ole grafiidil just parimad tulemused. Ülikõrgetel rõhkudel saab grafiidist aga teemant – teadaolevalt kõige kõvem materjal, mis on nii mitmeteski rakendustes erakordselt kasulik.
Enamiks materjale, mis kõrgel rõhul deformeeruvad, taastavad pärast rõhu eemaldamist oma esialgse kuju, kaotades seega kõik kasulikud omadused, mida rõhu all olemine neile andis.
Wang ning kolleegid kasutasid vurtsiidi kristallis rõhu all toimuvate molekulaarstruktuuriliste muutuste jälgimiseks väikse ning suurenurgalist röntgenkiir-difraktsiooni.
Mõistes nii teoreetilisest kui ka eksperimentaalsest vaatepunktist deformatsiooni taga olevat protsessi, on teadlased teinud esimesed sammud valmistamaks erakordselt tugevaid ja vastupidavaid materjale, millede rõhu all saadud omadused(nii tugevus kui ka näiteks ülijuhtivus) igapäevastes madalarõhulistes keskkondades säilivad, kirjutab physorg.com.
Tihti kasutavad teadlased aatomite ja molekulide staatilise struktuuri kindlakstegemisel röntgenkiir-difraktsiooni. Siiani on kahe struktuuri vaheline transformeerumine toimunud aga metafoorilises mustas kastis, sõnas uurimust juhtinud Zhongwu Wang.
Kasti avamiseks keskendusid teadlased vurtsiidi uurimisele. Vurtsiit on kaadmiumi-seleeni kristall, milles aatomid on korrastatud teemantisarnase struktuurina ning molekulid on pinnaga sidestatud. Kui õhukest vurtsiidikihti 10,7 gigapaskali suuruse rõhu all kokku suruda, muutub selle aatomstruktuur kiviseks soolasarnaseks struktuuriks.
Makromõõtmetega kristalli viimine ülikõrge rõhu alla võib kaasa tuua selle purunemise, mistõttu antud uurimisgrupp kasutaski vurtsiidi nanolehekesi, mis on kõigest 1,4 nanomeetri paksused ning ilma defektideta.
Kui materjal oli rõhu all, kasutasid Wang ja kolleegid kristalli pinna kuju ning sisemise aatomstruktuuri muutuste kirjeldamiseks korraga kahte röntgenkiir-difraktsiooni tehnikat(väikse ja suurenurgalist röntgenkiir-difraktsiooni).
Esmalt leiti, et nanolehekesed vajasid samade muutuste tekkimiseks sama materjali suurema kristalliga võrreldes kolm korda suuremat rõhku. Samuti uuriti transformatsiooni ajal materjali plastilisuspiiri(pinge, mille juures materjal hakkab deformeeruma), tugevust(vastupidavust kriimustamisele või lihvimisele) ning elastsust(võimet taastada oma esialgne kuju). Nende omaduste muutuste mõistmine võimaldaks teadlastel valmistada tugevamaid materjale.
Lisaks eksperimentaalsetele katsetele töötasid rühma liikmed Xiao-dong Wen ning Roald Hoffmann uurimuse teoreetilise poole kallal. ,,Eksperiment ning simulatsioon on heas kooskõlas,” sõnas Wang. ,,Nüüd me teame, kuidas aatomid liiguvad. Me mõistame vahepealseid protsesse.”
Järgmise sammuna kavatsevad teadlased uurida viise blokeerimaks materjali transformeerumist kivisest soolast tagasi vurtsiidiks, luues materjali, millele jäävad kivise soola unikaalsed omadused alles ka väikese rõhu juures.
Teadusartikkel “Reconstructing a solid-solid phase transformation pathway in CdSe nanosheets with associated soft ligands“