«Невозможный» материал становится рыхлым под давлением

Ученые из Аргоннской национальной лаборатории (Чикаго, США) обнаружили материал, который, как показалось, нарушает законы физики. Во время эксперимента, исследователи сжали материал и ожидали, что его плотность возрастет, но случилось обратное: материал неожиданно стал пористым. Это выглядит абсолютно нелогичным: представьте, что вы давили на камень, а он вдруг превратился в губку.

Тем не менее, подобные свойства пригодились бы во многих отраслях науки и техники. Например в медицине не помешал бы имплантат, который удобно вводить в прокол на коже в виде твердого небольшого объекта, и который затем превращался бы в пористую структуру, пригодную для культивации стволовых клеток и т.п.

Ученые теперь шутят насчет того, что эксперимент был похож на групповую галлюцинацию, но тем не менее это реальность. В течение нескольких лет исследовательская группа под руководством химика Карены Чапман (Karena Chapman) всеми доступными способами изучала необычный материал, цианид цинка Zn(CN)2, предполагая, что в ходе прессования, каким-то образом меняются внутренние связи материала.

В ходе экспериментов, цианид цинка поместили на алмазную наковальню, где можно воспроизвести давление от 0,9 до 1,8 ГПа – это в 9000-18000 больше атмосферного давлении на уровне моря. Подобное высокое давление является пределом для промышленных контейнеров, предназначенных для хранения сыпучих веществ. Исследователи помещали цианид цинка в различные жидкости и давили его прессом, что позволило создать пять различных фаз материала, две из которых сохранили свою неожиданную пористость при нормальном давлении. Несмотря на «ненормальность» происходящего расширения, оно не выходит за рамки наших знаний о физике материи.

Новый материал совершает «нелогичное» превращение: под давлением превращается из твердого вещества в пористую структуру. На самом деле секрет увеличения объема прост: молекулы жидкости проникают между молекулами цианида цинка и растягивают межмолекулярные связи, создавая большие поры. Именно благодаря этому объем цианида цинка под давлением растет

Цианид цинка - это первый случай, когда повышение давления смогло превратить твердое вещество в пористый материал. Ученые представили механику данного процесса в издании Journal of the American Chemical Society и теперь обсуждают вопрос практического применения нового материала. Судя по всему, его открытие удвоит количество доступных пористых каркасных материалов, которые нужны в фармацевтической отрасли, для очистки воды, разделения материалов и катализа в топливных ячейках.