След десетилетия на спорове относно съществуването и свойствата на един от най-неуловимите материали в света, изследователи в Китай успешно са синтезирали „чиста фаза“ на хексагонален диамант (лонсдейлит), който може да се окаже дори по-твърд от обикновените диаманти.
Екип от китайски физици съобщава, че са създали кристали с размер от милиметри от тази рядка форма на въглерод, която според тях е по-добра от обичайния кубичен диамант.
Обикновените диаманти, като тези в годежните пръстени, имат кубична кристална структура. Шестоъгълните диаманти, известни още като лонсдейлит, имат шестостенна атомна структура. Исторически този материал е бил откриван само в малки количества на местата на падане на метеорити, което е повдигало въпроси дали става дума за отделен материал или просто за кубични диаманти с дефекти.
Търсенето на супертвърд въглерод
В обикновения кубичен диамант въглеродните връзки между слоевете са малко по-слаби от връзките вътре в самите слоеве, което в крайна сметка ограничава общата здравина на камъка. За разлика от него хексагоналната форма има по-къси и по-здрави връзки между слоевете си.
Тези структурни характеристики водят до прогнози, че този необичаен вариант може да бъде до 50% по-твърд от кубичните диаманти.
Новото проучване, ръководено от физика Чонгсин Шан от Университетът Джънджоу (Zhengzhou University), използва метод с високо налягане и висока температура (HPHT).
Те пресоват графит между наковални от волфрамов карбид при налягане от 20 гигапаскала — около 200 000 пъти по-голямо от атмосферното налягане на Земята — и го нагряват до почти 3500°F (около 1930°C), като по този начин успешно създават хексагоналната структура.
Учените проявяват интерес към материала, защото „има потенциални приложения в много области, например в режещи инструменти, в материали за термично управление и в квантово сензиране“, казва Шан.
Измерване на невъзможното
Кристалите, които са създали, са с ширина около един милиметър (0,04 инча). За да потвърдят чистотата на материала, изследователите са използвали рентгенова дифракция и микроскопия в атомен мащаб.
Тестовете показват, че шестоъгълните диаманти са по-твърди и по-устойчиви на окисляване от традиционните диаманти. Но изненадващо, те са само малко по-твърди от нормалните диаманти, а не с 50% по-твърди, както предсказват ранните теории.
Това означава, че теоретичните граници на твърдостта на въглерода може да се наложи да бъдат прецизирани.
Промишлени и научни последствия
Възможността за надеждно създаване на „фазово чисти“ хексагонални диаманти отваря възможности за напреднали промишлени приложения. Благодарение на по-голямата си твърдост и термична устойчивост, този материал един ден може да замести кубичните диаманти в тежките машини, дълбокото сондиране и прецизното производство.
Извън индустрията, този пробив предлага важен „минералогичен маркер“ за геолозите. Разбирането на това как се образуват тези диаманти при екстремни условия помага на учените да съберат историята на метеоритни удари върху Земята и други планети.
Въпреки че подобни твърдения преди са били посрещани със скептицизъм, кристалите с размер от милиметри и ясната структура на китайския екип представляват голяма крачка напред в науката за материалите.
Източник: InterestingEngineering
