p Pesquisadores Skoltech, junto com seus colegas industriais e parceiros acadêmicos, resolveram um quebra-cabeça dos anos 1960 sobre a estrutura cristalina de um boreto de tungstênio superduro que pode ser extremamente útil em aplicações industriais, incluindo tecnologia de perfuração. A pesquisa, apoiado pelo Gazpromneft Science &Technology Center, foi publicado no jornal Ciência Avançada . p Os boretos de tungstênio capturaram a imaginação dos cientistas em meados do século 20 devido à sua dureza e outras propriedades mecânicas fascinantes. Um quebra-cabeça de longa data é a estrutura de cristal das fases W-B mais elevadas, o chamado WB ₄ , que variou enormemente entre modelos experimentais e previsões teóricas.

p "Experimentalmente, a estrutura do cristal é determinada por análise da estrutura de raios-X. Mas a grande diferença nas seções transversais de espalhamento atômico (tungstênio pesado em comparação com boro leve) torna as posições dos átomos de boro em boretos de metal de transição dificilmente discerníveis por difração de raios-X. Isso pode ser resolvido por difração de nêutrons, mas qualquer método de difração pode fornecer apenas a estrutura média. Se o material estiver desordenado, o conhecimento completo de sua estrutura cristalina (incluindo arranjo local dos átomos) só pode ser obtido usando uma combinação de técnicas experimentais (raios-X, difração de nêutrons) e métodos computacionais da ciência dos materiais, "Alexander Kvashnin, Cientista pesquisador sênior da Skoltech e primeiro autor do estudo, explicou.

p Em 2017, Andrei Osiptsov e Artem R. Oganov da Skoltech propuseram uma ideia para pesquisar materiais superduros a serem usados ​​na produção de cortadores compostos instalados em brocas, que são usados ​​para a perfuração de poços de petróleo e gás. A ideia foi bem recebida pela Gazpromneft STC LLC, e a colaboração começou entre a empresa, Skoltech, e o Instituto Vereshchagin de Física de Alta Pressão do RAS. Pesquisadores liderados por Artem R. Oganov da Skoltech e MIPT previram a existência de WB ₅ , pentaboreto de tungstênio, que era esperado ser mais duro do que o carboneto de tungstênio amplamente utilizado e ter tenacidade à fratura comparável. O composto foi sintetizado com sucesso no laboratório do Vereshchagin Institute para completar o ciclo de pesquisa. No novo jornal, Oganov e seus colegas mostram que o longamente debatido WB ₄ e o recém-previsto WB ₅ são na verdade o mesmo material.

p "Estudamos o sistema W-B a fim de prever a estrutura estável de boretos de tungstênio superiores, como já sabíamos sobre este quebra-cabeça de longa data. Previsão de um novo WB ₅ estrutura foi uma surpresa, especialmente porque tem propriedades interessantes como alta dureza Vickers e tenacidade à fratura e permanece estável em temperaturas muito altas. Então, pensamos que este material deveria encontrar aplicação na indústria. Nossos colegas do Instituto Vereshchagin o sintetizaram com sucesso. Os padrões de difração combinaram muito bem com a previsão teórica, exceto alguns picos fracos que estavam presentes na teoria, mas não no experimento. Nosso WB previsto ₅ tem uma estrutura cristalina única perfeita, mas como mostramos, experimentos produziram um WB desordenado intimamente relacionado _5-x material, "Kvashnin explicou.

p Os pesquisadores sintetizaram este novo material, mediu suas propriedades, e revelou uma conexão inesperada entre os dois compostos:o novo material tem uma estrutura cristalina derivada do WB ₅ estrutura, com alguma quantidade de desordem e não estequiometria (isso significa que as proporções de sua composição elementar não podem ser representadas por uma proporção de pequenos números inteiros). Assim, o novo material foi denotado não como WB ₄ mas como WB _{5 − x} . Sua estrutura cristalina foi totalmente prevista pela USPEX, um algoritmo evolutivo desenvolvido por Oganov e seus alunos, e elaborado por um modelo de rede microscópica.

p Desde WB _5-x é relativamente fácil de sintetizar, suas excelentes propriedades mecânicas e estabilidade em altas temperaturas tornam-no um material muito promissor para muitas tecnologias onde os compósitos à base de carboneto de tungstênio dominaram nos últimos 90 anos.

p "Este quebra-cabeça é resolvido em todos os detalhes. Temos uma descrição microscópica detalhada deste material e sua estrutura, sabemos a gama de composições químicas que pode adotar, e suas propriedades. Outros quebra-cabeças emocionantes estão esperando pela atenção dos teóricos, "disse Artem R. Oganov.