Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Od kryształów cząsteczkowych do polimerowych

Konwencjonalne metody syntezy polimerów polegają na polimeryzacji z fazy gazowej lub ciekłej z wykorzystaniem katalizatora. Naukowcy korzystający z dofinansowania UE zajęli się badaniem nowego podejścia: polimeryzacji kryształów cząsteczkowych pod ciśnieniem.
Od kryształów cząsteczkowych do polimerowych
Polimeryzacja w stanie stałym pozwala uzyskiwać polimery o dużej gęstości lub polimery monokrystaliczne. W celu uzyskania wymaganych skrajnych warunków proces inicjuje się z użyciem mikrowybuchów wzbudzanych impulsami ultraszybkiego lasera. Przy niezwykle wysokim ciśnieniu rzędu terapaskala wiązania chemiczne w kryształach cząsteczkowych ulegają rekonstrukcji, czyli następuje zmiana ułożenia cząsteczek.

Wciąż prowadzone są doświadczenia ze sprężaniem prostych kryształów cząsteczkowych, takich jak azot, tlenek węgla i chlorowodór. Wynika to w znacznej mierze ze znikomej wiedzy na temat właściwości tych cząsteczek w skrajnych warunkach. Zrozumienie struktur możliwych związków docelowych wymaga też dokładnej znajomości właściwości pierwiastków wyjściowych.

Wyjaśnienie tej niewiadomej przyjęto za cel finansowanego ze środków UE projektu AB INITIO AND QMC (Phase transition and polymerization of molecular solids in ab initio calculations and quantum Monte Carlo simulations). Wykorzystując losowe przeszukiwanie struktur metodami ab initio oraz kwantowe algorytmy Monte Carlo, badacze opracowali przewidywania teoretyczne niezbędne do syntetyzowania nowej klasy materiałów.

Naukowcy przewidzieli występowanie kilku stabilnych faz azotu przy ciśnieniach terapaskalowych. Jedną z nich jest struktura warstwowa wykazująca znaczący transfer ładunków. Znaleziono metaliczną sól azotu, która jest stabilna przy wysokich ciśnieniach i temperaturach i wykazuje zniekształcenia gęstości ładunku nieoczekiwane w badanych pierwiastkach przy skrajnych warunkach.

Stabilność proponowanych struktur egzotycznych stwierdzono, obliczając ich widma fononowe. Przeprowadzone prace przyczyniły się do lepszego poznania zachowań wiązań chemicznych poddawanych sprężaniu. Przygotowano też grunt pod poszukiwania innych kryształów cząsteczkowych nadających się do przekształcania w rozszerzone ciała stałe oraz metody utrzymywania ich stanu w typowych warunkach otoczenia.

Wyniki projektu AB INITIO AND QMC opisano w artykule opublikowanym w prestiżowym piśmie Physical Review Letters.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

Polimeryzacja, katalizator, kryształy cząsteczkowe, terapaskal, azot, kwantowe
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę