🔬 Новости науки. Слоезависимая механика диамана и борнитрана

Диаман - квазидвумерная структура из двух слоев графена, соединенных ковалентными связями, - и борнитран, его аналог на основе гексагонального нитрида бора (hBN), относятся к новому классу двумерных материалов с выдающимися механическими и электронными характеристиками. Переход к наномасштабу радикально меняет свойства подобных материалов, и понимание этих изменений критически важно для их применения в гибкой наноэлектронике и наномеханических устройствах. Исследователи из Института проблем сверхпластичности металлов РАН провели систематическое исследование механических свойств диамана и борнитрана при варьировании числа слоев от 2 до 50. Работа опубликована в журнале Journal of Physics and Chemistry of Solids.

🎯 Ключевые аспекты публикации (классическая МД):
• Объекты исследования: диаман и борнитран с укладками AA и AB при числе слоев от 2 до 50. Расчеты выполнены методом молекулярной динамики в пакете LAMMPS с использованием потенциала Терзоффа для взаимодействий B-N и потенциала AIREBO для C-C; температура поддерживалась вблизи 0 К в ансамбле NPT с термостатом Нозе-Гувера.
• Модуль Юнга диамана существенно возрастает с увеличением числа слоев - от 647 ГПа для 2-слойной структуры до характерных для алмаза значений при числе слоев более 20. Коэффициент Пуассона близок к нулю и незначительно уменьшается с ростом толщины.
• Для борнитрана число слоев практически не влияет на механические характеристики - модуль Юнга 50-слойного борнитрана превышает соответствующую величину для 2-слойного лишь на 5%. Это отличие от диамана объясняется значительно меньшей энергией связи B–N по сравнению с C–C.
• Прочность при растяжении: для диамана разрушающее напряжение сильно зависит от направления нагружения - вдоль зигзагообразного (zigzag) направления прочность вдвое превышает прочность вдоль кресельного (armchair) направления. Для борнитрана ни направление растяжения, ни число слоев существенного влияния на прочность не оказывают.
• Механизмы деформации: для обоих материалов основными механизмами являются "коллапс" гексагонов, удлинение ковалентных связей и изменение валентных углов. Для диамана при нагружении вдоль armchair-направления характерен послойный коллапс гексагонов под углом 30°, порождающий специфическое плато на кривой "напряжение–деформация".
• Влияние типа укладки: конфигурация слоев (AA или AB) практически не влияет на механические свойства ни диамана, ни борнитрана.

🌟 Общий вывод: Авторы впервые систематически исследовали зависимость упругих констант и прочности диамана и борнитрана от числа слоев методом молекулярной динамики с охватом до 50 слоев. Установлено, что механические характеристики диамана определяются толщиной и направлением нагружения, тогда как борнитран демонстрирует значительно меньшую чувствительность к этим факторам. Полученные результаты позволяют установить предел, при котором наноструктурированный материал приближается по своим свойствам к макроскопическому образцу, и открывают возможности для целенаправленного проектирования элементов гибкой наноэлектроники и наноэлектромеханических устройств.

📄 С публикацией можно ознакомиться по ссылке: https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2026.113698

#наука #диаман #борнитран #механика #молдинамика