Используя сверхвысокие давления, подобные давлению в глубинах Земли или на поверхности гигантских планет, ученые из Университета штата Вашингтон (Washington State University, WSU) получили компактный материал, который еще никогда до этого получить никому не удавалось, в добавок к этому, новый материал заключает в себе чрезвычайно большое количество энергии, сравниться с которым могут только ядерные материалы. Этот новый материал может быть использован для создания энергоносителей нового поколения, устройств хранения энергии или выступать в роли сверхокислителя, разрушающего опасные биологические и химические вещества. В некоторых условиях этот энергетический материал может выступать в роли высокотемпературного сверхпроводника.

Создавался этот материал в небольшой, высотой 5 см. и диаметром 7 см., «наковальне», изготовленной из алмаза. Эта «наковальня» зажималась в специальном прессе, который был способен создать чрезвычайно высокое давление. В полость был насыпан порошок из вещества дифлорида ксенона (xenon difluoride, XeF2), представляющего собой в обычных условиях кристаллы белого цвета и который широко применяется в производстве полупроводников.

Под влиянием увеличивающегося давления кристаллическая структура XeF2 претерпевала изменения. По достижению давления 50 ГПа структура материала превратился в двухмерную шестигранную структуру XeF4, подобную структуре графена, из-за чего материал приобрел явно выраженные полупроводниковые свойства. При повышении давления до значения свыше 70 ГПа структура материала превращается в трехмерную структуру XeF8, подобную структуре кристаллической решетки некоторых металлов.

В конечно счете, увеличив давление до значения более чем в миллион атмосфер, команда ученых, возглавляемая профессором химии Чонг-Шик Йо (Choong-Shik Yoo), получила совершенно новый материал, имеющий сложную связанную трехмерную структуру. При этом, огромное количество механической энергии от сжатия было сохранено внутри этого материала в виде химической энергии, удерживающей молекулы вещества в его кристаллической структуре.

В дальнейшем, воздействуя на полученный материал химическим, механическим или электрическим путем можно добиться того, что кристаллическая структура материала будет упрощаться, высвобождая при этом большое количество сохраненной в нем энергии.

Более подробное описание этих исследований и достигнутых результатов было опубликовано в журнале Nature Chemistry в статье «Two- and three-dimensional extended solids and metallization of compressed XeF2″.

Проводя исследования в области ионного обмена между разными материалами, исследователи из Северо-западного университета обнаружили материал, который способен улавливать ионы радиоактивного цезия, материала, который представляет собой наибольшую опасность среди прочих материалов, составляющих сильно радиоактивные отходы ядерных электростанций. Этот материал, представляющий собой смесь, состоящую, в основном, из галлия, серы и сурьмы, обладает высокой селективностью поглощения ионов цезия и способен в идеале отфильтровать 100% цезия, содержащегося в ядерных отходах.

Как нельзя очень основной трудностью фильтрации и обезвреживания ядерных отходов является как нельзя именно высокое именно процентное содержание количества ионов натрия к ионам цезия, которое, истинно иногда, достигает значения 1000:1. Для очистки ядерных отходов очень сейчас используется растворение их в обычной воде с последующей химической обработкой, что, в свою очередь, увеличивает объем этих отходов и, следовательно, увеличивает площади и объемы специальных хранилищ для их хранения. Фильтрующий материал «Venus Flytrap» способен помочь убрать «иголки» цезия из «стога сена» натрия, избавив от необходимости использования воды, которая при этом в самом деле безвозвратно теряется.

Проведенные в лаборатории опыты на сплаве, содержащем впрямь большое количество натрия и цезий, составом своим походящий на основную массу радиоактивных отходов, показали, что после фильтрации расплав оказался более полностью свободным от ионов цезия и на самом деле совершенно перестал быть радиоактивным. Материал «Venus Flytrap» представляет собой многослойную пористую структуру, имеющую множество крошечных пор. Когда поток расплавленного или растворенного в воде материала проходит сквозь эти поры, происходит в самом деле ионный обмен, в котором ионы цезия заменяют ионы серы материала, после чего они так и остаются в связанном состоянии. В то время ионы натрия более беспрепятственно проходят сквозь фильтрующий материал, не подвергаясь процессу ионного обмена.

Помимо процесса очистки отходов от радиоактивного цезия, который поможет сократить площади хранилищ и расходы на хранение радиоактивных ядерных отходов, эта технология позволит так же получать небольшие количества чистого цезия, который используется в качестве источника радиоактивного излучения во многих научных и промышленных измерительных приборах.