Сегодня 27 мая 2026
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → алмаз
Быстрый переход

Китайские учёные сжали сотню наноалмазов в вакууме и выяснили, почему крошечные кристаллы теряют жёсткость

Китайские физики выяснили, почему алмазы при уменьшении до размеров в единицы нанометров — миллионных долей миллиметра — утрачивают привычную жёсткость и легче поддаются сжатию. Эксперимент с наноалмазами диаметром от 4 до 12 нм, то есть в сотни раз мельче некоторых вирусов, показал, что сопротивление кристаллов сжатию падает примерно на 30 % по мере уменьшения размера, а причина кроется в атомном строении их поверхности.

 Источник изображения: ChatGPT

Источник изображения: ChatGPT

«Алмазы привычного размера хорошо известны своей экстремальной жёсткостью и твёрдостью. В наномасштабе всё может быть иначе», — говорит руководитель исследования Чунсинь Шань (Chongxin Shan) из Чжэнчжоуского университета. Его группа зажимала каждый кристалл между двумя цилиндрами с алмазными наконечниками, подключёнными к датчику силы и специальному микроскопу. Поскольку любое воздействие окружающей среды вносит помехи в данные, эксперимент повторили примерно со 100 различными алмазами в условиях вакуума.

Объединив экспериментальные данные с компьютерным моделированием, учёные нашли объяснение. Чем меньше кристалл, тем большая доля его атомов приходится на наружную оболочку, а не на сердцевину. Связи между оболочкой и сердцевиной у наноалмазов оказались слабыми, поэтому маленький кристалл легче поддаётся сжатию. В крупных алмазах почти все атомы сосредоточены в сердцевине, где связи прочны, и именно они определяют поведение всего камня.

Лу Ян (Yang Lu) из Городского университета Гонконга, чья группа провела одни из первых работ по механике наноалмазов, отмечает, что в новом эксперименте удалось изучить алмазы в десять раз мельче тех, что исследовались прежде. Крошечные алмазы становятся всё более востребованным материалом для новой электроники и квантовых устройств — приборов для сверхбыстрых вычислений и защищённой связи. По словам учёного искусственные алмазы сегодня стали чрезвычайно дешёвыми, так что пора находить им всё новые применения.

Япония показала будущее силовой электроники — алмазные MOSFET для космоса и ядерных реакторов

Неделей в ранее в Токио прошла выставка SEMICON Japan 2025, на которой японский стартап Power Diamond Systems (PDS) впервые показал действующие MOSFET-компоненты на алмазах с одновременным представлением метрологии для оценки работы подобных силовых элементов. Молодая компания корнями уходит в разработки Университета Васэда (Waseda University) и обещает стать ведущим поставщиком уникальной силовой электроники для эксплуатации в экстремальных условиях.

 Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4.1/3DNews

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4.1/3DNews

Японские компании намерены оказаться на острие прогресса в разработке силовых компонентов на синтетических алмазах. Это непростой и затратный процесс, поскольку диаметр пластин с алмазами всё ещё приближается к 10 см. Стоимость таких компонентов будет заоблачной. Впрочем, до «алмазного» продукта массового спроса, который найдёт применение в электротранспорте и возобновляемой энергетике, пройдут годы. Та же компания PDS обещает коммерциализацию технологии производства силовых элементов на алмазах не ранее 2030 года.

В данный момент Power Diamond Systems сотрудничает с «японским NASA» — JAXA. Договор был заключён в июле 2025 года после года согласования технических условий. До марта 2026 года партнёры намерены организовать комплексную проверку алмазных силовых элементов применительно к аэрокосмической отрасли.

Алмаз как материал обладает исключительной теплопроводностью и твёрдостью, значительно превосходя кремний и карбид кремния (SiC) в экстремальных условиях высоких температур и радиации, не говоря уже о поддержке высочайших токов и напряжений при относительно небольших габаритах компонентов.

Японцы научились выращивать алмазы без запредельных температур и давления, но очень маленькие

Учёные из Токийского университета совершили прорыв в синтезе алмазов нанометрового размера. Они разработали метод их выращивания без применения высоких температур или давления. Технология заставляет переосмыслить ряд аспектов химии и использует в своей основе электронные пучки как инструмент для модификации химических связей. Разработка может привести к новым открытиям в сфере материалов с квантовыми свойствами, в основе которых лежат наноалмазы.

 Источник изображения: www.sciencedaily.com

Источник изображения: www.sciencedaily.com

Долгое время в учёной среде бытовало мнение, что электронные пучки разрушают органические молекулы, к которым также относятся затравки для синтетических алмазов — разнообразные соединения углерода и водорода. Коллектив учёных из Токийского университета около двадцати лет шёл к этому результату и сегодня ему есть чем гордиться: учёные смогли синтезировать наноалмазы из адамантана (C₁₀H₁₆), облучив его электронным пучком в комнатных условиях. Учитывая рост интереса к синхротронам во всём мире, это открытие трудно переоценить. Выпуск материалов с наноалмазами можно будет относительно просто развернуть в условиях массового производства.

Электронный пучок удалял атомы водорода в молекулах адамантана и преобразовывал связи углерод–водород в углерод–углерод, превращая его кристаллическую решётку в классическую кристаллическую решётку алмаза. Химическая, по сути, реакция протекала без привычных атрибутов химических реакций, когда два или более реагентов вступают во взаимодействие.

Помимо значительного потенциала для трансформации материаловедения, открытие вносит много нового в методы визуализации в биологии и анализе материалов, а также расширяет понимание естественного формирования алмазов в космосе (в метеоритах) или в радиоактивных породах.

Метод включает подготовку нанометровых кристаллов адамантана и их облучение электронными пучками напряжением 80–200 кэВ при температурах от 100 до 296 K (–173,15...+22,85 °C) в вакууме в течение нескольких секунд. Использование просвечивающей электронной микроскопии позволяет наблюдать процесс в реальном времени на атомном уровне, преодолевая ограничения предыдущих методов. В результате воздействия электронного пучка образуются почти идеальные наноалмазы диаметром до 10 нм с выделением газообразного водорода.

Как показали опыты, электроны не разрушают органические молекулы, а могут инициировать весьма определённые реакции при наличии подходящих молекулярных свойств. Разработка также открывает новые горизонты в электронной литографии, где так не хватает прорывов по мере уменьшения масштабов производства полупроводников. Наконец, квантовые вычисления и квантовые точки (в дисплеях и не только) также обещают выиграть от новых техпроцессов по относительно простому синтезу алмазов нанометровых размеров.

Разработка российского электромобиля e-Neva заморожена — у проекта закончились деньги

Электромобиль e-Neva, разработку которого вёл концерн «Алмаз-Антей», не сможет в 2026 году поступить в массовое производство на бывшем предприятии Toyota. Проект пришлось заморозить из-за отсутствия финансирования, а его приоритет для военного предприятия был невысоким, сообщает «Коммерсантъ».

 Источник изображения: avtopromnews.ru

Источник изображения: avtopromnews.ru

Электрический кроссовер e-Neva, созданный оборонным концерном «Алмаз-Антей», должен был поступить на конвейер бывшего завода Toyota в посёлке Шушары (Санкт-Петербург) в 2026 году, но теперь проект заморожен. Концерн приступил к его разработке, чтобы выполнить поручения властей и увеличить долю гражданской продукции в своём ассортименте, однако сейчас «Алмаз-Антей» загружен задачами по основному профилю — у него нет ни собственных средств, ни достаточных компетенций для реализации подобного проекта, отметил один из источников издания.

В апреле 2023 года бывшее предприятие Toyota перешло под управление «Алмаз-Антея», но сделка по передаче актива так и не состоялась: концерн запрашивал финансирование, но получил отказ. Теперь на заводе в Шушарах будет выпускаться транспорт бизнес-класса Aurus совместно с неким партнёром; есть сведения, что велись переговоры с китайской Hongqi. Полностью от работы с гражданской продукцией концерн ещё не отказался — он планирует наладить выпуск грузовиков БАЗ на предприятии в Санкт-Петербурге, где ранее производились тягачи MAN и Scania. Проект электромобиля e-Neva заморожен на стадии концепта.

Информация о проекте e-Neva поступила в 2021 году — его разработкой занимались специалисты Обуховского завода (принадлежит «Алмаз-Антею»). Кроссовер длиной 4,5 м должен был разгоняться до 197 км/ч и иметь запас хода 463 км. Электромобили в России продаются слабо — ярким примером стали скромные показатели ВАЗ e-Largus. За январь и февраль 2025 года российские продажи электромобилей рухнули на 63 % в годовом исчислении, гласят данные «Автостата». К тому же e-Neva, из-за отсутствия компонентной базы, оказалась бы слишком дорогой, указывают эксперты. По итогам 2025 года рынок электромобилей в России, как ожидается, сократится на 30–40 %.

Китайцы научились синтезировать неправильные алмазы — они на 50 % твёрже природных

Природный алмаз обладает колоссальной твёрдостью, что позволяет находить ему множество практических применений в промышленности и науке. Кроме того, благодаря особой структуре кристаллической решётки и составляющим её атомам углерода этот минерал может использоваться в электронике, обладая выдающимися термическими характеристиками и другими уникальными свойствами. Китайские учёные превзошли природу и синтезировали алмаз с лучшими свойствами.

 Источник изображения: techspot.com

Источник изображения: techspot.com

Большинство природных и синтетических алмазов имеют кубическую структуру кристаллической решетки, но есть редкие исключения. В частности, лонсдейлит — это разновидность алмаза с гексагональной кристаллической решёткой, которая придаёт ему уникальные свойства. В природе лонсдейлиты обнаруживаются преимущественно в ударных кратерах от метеоритов, поэтому встречаются крайне редко. Обычно их синтезируют в лабораториях, но до сих пор учёные не могли похвастаться особой чистотой и крупными размерами синтетических образцов.

Выращенный в лаборатории алмаз, о котором сообщили исследователи, относится к «неправильной» гексагональной разновидности. Его создали путём нагревания сильно спрессованного графита. Группе удалось получить образец шестиугольного алмаза размером около миллиметра. Его твёрдость составила 155 гигапаскалей (ГПа), что существенно выше, чем у природных алмазов (70–100 ГПа). Также синтезированный лонсдейлит продемонстрировал повышенную термическую стабильность на воздухе — он выдерживал нагрев до 1100 °C, тогда как природный алмаз начинал окисляться уже при 700 °C.

Наибольший спрос на синтетические лонсдейлиты ожидается в промышленности. Они также могут использоваться в системах отвода тепла. Кроме того, такие алмазы способны помочь в разработке более надёжных устройств хранения данных и при производстве электроники, во многом превосходя в этих сферах традиционные алмазы. Однако пока синтез лонсдейлитов обходится дорого — на уровне добычи природных алмазов, и это препятствие необходимо преодолеть.

Медь с примесью алмазов обеспечит лучшее охлаждение самых горячих чипов

Растущее энергопотребление центров обработки данных (ЦОД) обостряет проблему отвода тепла от микросхем и узлов, поскольку, по статистике, свыше 50 % отказов оборудования связано с перегревом. Эту проблему необходимо решать на всех уровнях архитектуры вычислительной техники, но начинается всё с простых радиаторов. От свойств отводящей тепло пластинки во многом будет зависеть всё остальное. Решение предложил производитель синтетических алмазов — Element Six (E6).

 Источник изображений: Element Six

Источник изображений: Element Six

Для выставки Photonics West 2025, которая пройдёт в Сан-Франциско с 25 по 30 января, компания Element Six (E6) подготовила образцы композитного материала из меди и синтетических алмазов. Этот материал обладает теплопроводностью, в два-три раза превышающей теплопроводность чистой меди. Соотношение меди и алмазов может быть адаптировано под требования заказчиков для достижения оптимального баланса характеристик. С некоторыми вариантами можно будет ознакомиться на выставке, а также в предоставленной технической документации.

Теплопроводность композитного материала находится в диапазоне 800–1000 Вт/м·К (для сравнения, теплопроводность меди составляет 319,5 Вт/м·К). Кроме того, материал обладает относительно низким коэффициентом теплового расширения, который также варьируется в зависимости от соотношения меди и алмазов в составе композита. Радиаторы могут изготавливаться различных форм и размеров, с возможностью нанесения покрытий из золота или никеля на контактные площадки, что необходимо для определённых процессов соединения с корпусами чипов или кристаллов.

 Вид в рентгеновском диапазоне — ровная сеточка из синтетических алмазов

Вид в рентгеновском диапазоне — ровная сеточка из синтетических алмазов

Блоки питания на алмазных транзисторах уже рядом — Япония выстроила весь техпроцесс

Целый ряд японских компаний и исследователей приближает коммерческий выход силовой электроники на алмазах. Произойдёт это уже в следующем году и станет широко востребованным к концу текущего десятилетия. По сравнению с кремнием алмазные компоненты могут выдерживать в 50 000 раз большие токи. Это необходимо для электромобилей, электростанций и, в целом, для компактных, надёжных и мощных блоков питания и силовых схем.

 Источник изображения: Power Diamond Systems

Алмазные чипы для роботов, расчищающих радиоактивные руины «Фукусимы». Источник изображения: Ookuma Diamond Device

Если верить японским источникам, японские компании и учёные преуспели в создании алмазных компонентов наиболее впечатляющим образом — представлены технологии, прототипы компонентов и инструменты для их изготовления. В последние годы мы только стали привыкать к силовой электронике на карбиде кремния (SiC) и нитриде галлия (GaN), а алмазы уже обещают их затмить в ряде областей. Так, согласно метрике BFOM (Baliga's Figure of Merit) алмазные силовые элементы на порядок лучше, чем элементы на нитриде галлия и в 80 раз лучше, чем карбид кремния.

Но не всё так просто. Известный своей твёрдостью алмаз невозможно полировать обычными средствами, если речь идёт о пластинах для выращивания чипов и транзисторов, а ведь это стандартная и необходимая процедура для литографического производства компонентов. Собственно, вырастить достаточно большую пластину из алмаза — это тоже непросто. Лишь недавно японская компания Orbray смогла превысить размер пластин в 1 дюйм (2,54 см) и приступила к выпуску 2-дюймовых пластин (5 см), обещая вскоре разработать технологию выпуска 4-дюймовых алмазных подложек (10 см).

С полировкой алмазных подложек обещает помочь японская компания JTEC. Она владеет уникальной технологией полировки поверхностей материалов высокой твердости с использованием плазмы. Ранее JTEC показала способность полировать плазмой монокристаллические алмазные подложки без нанесения повреждений и получила заказы на разработку соответствующего оборудования.

С выращиванием монокристаллических алмазных подложек может помочь компания EDP, которая единственная в Японии производит и продает затравки, из которых изготавливаются синтетические бриллианты для ювелирных изделий. Крупнейшие в мире синтетические монокристаллы также производятся в этой стране, хотя лидируют в этой сфере Китай и Индия. Кстати, единых нормативных требований к синтетическим алмазам нет, что некоторым образом затруднит развитие «алмазной» электроники. Но тут слово и дело за JEDEC или другим органом стандартизации.

По утверждению источника, первую в мире силовую схему, использующую алмазные полупроводники, разработала в 2023 году команда японского университета Сага (Saga University). В декабре 2023 года токийский стартап Power Diamond Systems представил алмазный компонент, способный выдерживать самую большую силу тока в 6,8 А. Компания планирует начать поставки образцов в течение нескольких лет. С практической стороны можно отметить компанию Ookuma Diamond Device, которая строит в префектуре Фукусима завод для выпуска силовых элементов для роботов, устойчивых к радиации, предназначенных для очистки развалин печально известной АЭС «Фукусима».

Устойчивость к радиации и способность выдерживать запредельные для обычных чипов температуры — это гарантия для работы в космосе и авиации, куда алмазы также устремлены, как и вся будущая алмазная электроника.

Корейские учёные научились быстро и просто выращивать искусственные алмазы — алмазные чипы уже рядом

Чипы из алмазов станут следующим поколением решений для датчиков и силовых элементов, которые не боятся перегрева. Но для массового внедрения необходим малозатратный и эффективный техпроцесс получения алмазных плёнок и подложек. Похоже, учёные из Южной Кореи нашли решение. Сообщается, что они научились синтезировать искусственные алмазы при обычном атмосферном давлении и на достаточно простом оборудовании, причём за считанные минуты.

 Некоторые из синтезированных учёными из Южной Кореи алмазы. Источник изображения: UNIST

Виды синтезированных учёными из Южной Кореи алмазов. Источник изображения: UNIST

Впервые искусственные алмазы почти 50 лет назад вырастили в лаборатории компании General Electric. Для этого потребовалось имитировать условия в мантии Земли, где алмазы образуются естественным образом. Учёные поместили в искусственную среду с давлением 10 тыс. атмосфер и температурой 1400 °C сульфид железа, который в таких условиях в присутствии углерода синтезировал алмаз из затравки. Также синтетические алмазы можно изготавливать методом химического осаждения из паровой фазы. Тоже в присутствии затравки и с использованием сложного оборудования.

Учёные из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) предложили нечто совершенно иное и простое. Ещё раньше один из авторов новой работы заметил, что атомы углерода можно связывать в присутствии жидкого галлия. Его температура плавления составляет всего лишь 29,76 °C. В среде газообразного метана в присутствии галлия углерод превращался в графен. Следовательно, данный метод можно было попытаться использовать для синтеза алмазов.

К открытию привела случайность: капля жидкого галлия попала на кремниевую пластинку и растворила его. В этом месте учёные обнаружили вкрапления крошечных алмазов. Дальнейший поиск привёл к разработке процесса, в котором смесь жидкого галлия, кремния, железа и никеля нагревалась в небольшом тигле до температуры 1025 °C и подвергалась воздействию газов метана и водорода. В небольшой по объёму рабочей камере алмазы возникали уже через 15 минут без необходимости в затравке.

Учёные уверены, что благодаря их открытию можно будет запустить синтез алмазных подложек и плёнок для нужд полупроводниковой промышленности и не только.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Верховный суд РФ разрешил бывшим сотрудникам Oracle оставить себе миллионные выходные пособия 2 ч.
«Помогите нам построить Вайс-Сити»: хакеры начали массово использовать ажиотаж вокруг GTA VI против фанатов 2 ч.
Косплеер смастерил куртку из Cyberpunk 2077 с OLED-воротником, на котором можно играть в Cyberpunk 2077 3 ч.
Продажи беспощадной ролевой песочницы Kenshi превысили 3 миллиона копий, а Kenshi 2 «превзойдёт ваши ожидания» 4 ч.
Глава Take-Two объяснил, почему отказывается признавать Red Dead Online упущенной возможностью 5 ч.
Власти США начали считать протесты против ИИ и ЦОД проявлением «антитехнологического экстремизма» 6 ч.
Смартфоны Honor массово «разучились» делать скриншоты, пожаловались пользователи 6 ч.
Nvidia выпустила драйвер без «Панели управления», но с поддержкой 007 First Light, World of Tanks: Heat и других новых игр 7 ч.
В популярной ОС для роботов обнаружена уязвимость, позволяющая перехватывать управление 7 ч.
«Роскомнадзор» заявил, что не собирает IP-адреса россиян у операторов связи 7 ч.