Техника - молодёжи 1986-05, страница 13

ветские ученые научились уже при синтезе придавать им необходимую форму, чтобы уменьшить объем последующей обработки. Обращают на себя внимание и размеры поликристаллов — более сантиметра в диаметре.

Рядом можно увидеть всевозможный алмазный инструмент: резцы, фрезы, плашки, буровые коронки, пилы.

Но, как говорится, «не алмазом единым» живет физика высоких давлений. Освоено производство и других синтетических материалов высокой твердости.

Неверно было бы думать, что создание «рекордсменов твердости» — единственная цель ученых. Высокие давления ускоряют реакции полимеризации, позволяют получать изделия из столь хрупких, но прочных металлов, как молибден и вольфрам. Сегодня уже можно говорить о новом направлении науки — материаловедении высоких давлений. Стало реальным получение таких соединений, существование которых несколько лёт назад казалось сомнительным. Одним словом, физика высоких давлений превращается из экзотической науки в фундамент новых технологий.

Но и «чистые» научные исследования свойств твердых тел при высоких давлениях также непосредственно связаны с прикладными задачами, например синтезом сверхпроводников.

Еще в 70-е годы Верещагин изучал свойства соединения ниобия с германием (Nb₃ Ge), полученного при высоком давлении. Оказалось, что переход в сверхпроводящее состояние у вещества, извлеченного из пресса, осуществляется при температуре примерно на 10 градусов выше, чем у обычного (при не^ которых величинах давлений он происходил даже при 22—23,3 К вместо 6—7). Работы такого рода продолжаются, и можно надеяться, что высокие давления окажутся одним из путей получения так называемых высокотемпературных сверхпроводников.

Все это реальности уже сегодняшнего дня. А давайте попробуем заглянуть в завтра. Какие задачи будет решать физика высоких давлений?

Пожалуй, наиболее интересная из них — металлизация водорода. Формально он относится к группе щелочных металлов и имеет схо-

Сверхмощный пресс Института физики высоких давлений.

жие химические свойства, однако твердый водород никак не напоминает металл. Во-первых, он не проводит электрический ток, а во-вторых, образует очень непрочный, рыхлый кристалл сложной структуры с низкой температурой плавления и малой плотностью. Дело в том, что в молекуле водорода возникают ковалентные связи, то есть электроны являются общими для обоих атомов, а между собой молекулы связаны слабо. Поэтому твердый водород и обладает указанными свойствами. У щелочных же металлов валентный электрон связан с атомом гораздо слабее — потенциал ионизации, то есть энергия, необходимая, чтобы оторвать электроны от атома, почти втрое меньше, чем для водорода.

Расчеты теоретиков показывают, что с увеличением давления удельная энергия (энергия кристалла, отнесенная к одному атому) металлического водорода становится меньше, чем у обычного твердого, то есть металлическое состояние оказывается энергетически более выгодным. Более того, теория предсказывает металлическому водороду необычайные свойства.

Но возникает вопрос, останется ли устойчивой новая фаза легчайшего на земле элемента после снятия давления или, как говорят специалисты, может ли она существовать как метастабильная?

Метастабильные состояния вещества встречаются в нашей жизни буквально на каждом шагу. Перегретая или переохлажденная жидкость, пересыщенный пар —

вот их примеры. Даже всем знакомый жидкий мед — это переохлажденная жидкость, в которой очень медленно идут процессы кристаллизации (мед в конце концов засахаривается). Точно так же переохлажденной жидкостью является и оконное стекло. Как видим, в метастабильном состоянии вещество может находиться достаточно долго.

Вернемся к металлизации водорода. Пока точного ответа на поставленный выше вопрос теория не дает. Но тем не менее исследования по этой теме очень перспективны, ведь, как писал Л. Ф. Верещагин, «несмотря на сомнение в возможности получить металлический водород в метастабильном состоянии при нормальных условиях, его изучение представляет громадный научный интерес. В частности, можно ожидать, что металлическая фаза окажется сверхпроводящей с критической температурой порядка сотен Кельвинов, то есть при комнатной температуре».

Но на практике металлизация водорода связана с громадными трудностями. Потребуются давления в миллионы атмосфер, а для их получения нужны не только новые колоссальные прессы, но и совершенно новые конструкционные материалы.

Эти проблемы и предстоит решить физике высоких давлений. Продолжение следует...

ЛИТЕРАТУРА

1. Бриджмен П. Новейшие работы в области физики высоких давлений. М., Изд-в© иностранной литературы, 1948.

2. Современная техника сверхвысоких давлений. М., Мир, 1964.

3. Рич В. И., Черненко М. Б.

Неоконченная история искусственных алмазов. М., Наука, 1976.

4. Верещагин Л. Ф. Высокие давления в технике будущего. М., Изд-во АН СССР, 1954.

5. Верещагин Л. Ф. Синтетические алмазы и гидроэкструзия. М., Наука, 1974.

6. Известия АН СССР, Серия химич., № 6, 443, 1943.

1 1