Stworzyli "superdiament". Jest dużo twardszy od naturalnego

Naturalne diamenty mają głównie strukturę sieci krystalicznej, jednak od dawna wiadomo, że heksagonalna struktura kryształów gwarantuje materiał o znacznie większej twardości. Dotychczas jednak zastosowania tzw. diamentu heksagonalnego (HD), znanego jako lonsdaleit, były ograniczone ze względu na niską czystość i niewielkie rozmiary uzyskiwanych próbek.

Lonsdaleit został po raz pierwszy odkryty w 1967 roku w meteorycie znalezionym w obszarze Canyon Diablo w Arizonie. Najtwardsze znane dotąd diamenty pochodzą głównie z kraterów uderzeniowych asteroid i meteorytów. Synteza tego materiału w warunkach laboratoryjnych do tej pory pozostawała jednak niepotwierdzona w większości badań.

Badanie opublikowane w czasopiśmie Nature Materials przedstawia metodę syntezy "dobrze skrystalizowanego, niemal czystego HD" poprzez podgrzewanie wysoko sprężonego grafitu. Zespół naukowców pod kierunkiem Liu Bingbinga i Yao Mingguanga z Uniwersytetu Jilin w północno-wschodnich Chinach wykazał, że HD może powstawać z tzw. fazy postgrafitowej, gdy grafit jest sprężany pod gradientami temperatury.

Nowatorska metoda pozwoliła na uzyskanie milimetrowej wielkości wysoko uporządkowanego bloku zawierającego warstwy ultrasmukłych nanokryształów HD. Ten "superdiament" charakteryzuje się wyjątkową stabilnością termiczną do temperatury 1100°C i bardzo wysoką twardością wynoszącą 155 GPa. Dla porównania, naturalne diamenty osiągają twardość około 100 GPa, a ich stabilność termiczna wynosi jedynie około 700°C.

Wysoka twardość i odporność termiczna "superdiamentu" sugerują jego ogromny potencjał w zastosowaniach przemysłowych. Odkrycie może stanowić przełom w technologii obróbki metalurgicznej, produkcji narzędzi skrawających i wiertniczych, a także w mikroelektronice i optyce. Naukowcy zaznaczają, że ich badanie otwiera nowe możliwości dla syntezy diamentów w warunkach laboratoryjnych, a proces konwersji grafitu w diament pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia może zostać wykorzystany do tworzenia materiałów o ściśle określonych właściwościach.

Warto jednak wyjaśnić, że chociaż badanie chińskich naukowców jest przełomowe, nie jest to pierwsza udana synteza diamentu heksagonalnego. W 2021 roku badacze z Lawrence Livermore National Laboratory w USA także uzyskali HD w warunkach laboratoryjnych. Ich wyniki sugerowały, że może on być "lepszym zamiennikiem" tradycyjnych diamentów w licznych zastosowaniach przemysłowych, jak obróbka mechaniczna i wiercenie. Naukowcy nie wykluczają również wykorzystania syntetycznych diamentów heksagonalnych w jubilerstwie, np. do produkcji pierścionków zaręczynowych.

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 88 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!