Chińscy naukowcy ogłosili wytworzenie pierwszych próbek czystego diamentu heksagonalnego, znanego jako lonsdaleit. Materiał ten, będący rzadkim wariantem węgla, charakteryzuje się twardością i sztywnością przewyższającą naturalny diament.
- Chińscy naukowcy uzyskali pierwsze próbki lonsdaleitu, heksagonalnego diamentu. Wiązania między atomami węgla są krótsze i silniejsze niż w diamentach sześciennych. Materiał przewyższa twardość klasycznego diamentu o ponad 50 proc.
- Synteza materiału wymagała ekstremalnych warunków fizycznych. Próbki powstały w wyniku 10-godzinnego procesu pod ekstremalnym ciśnieniem i wysoką temperaturą, osiągając średnicę 1,5 mm.
- Materiał może znaleźć zastosowanie w czujnikach kwantowych i powłokach ściernych, a także w zaawansowanej elektronice wymagającej efektywnego zarządzania ciepłem.
Klasyczny diament, czyli diament sześcienny, dzięki swojej unikalnej strukturze krystalicznej, w której atomy węgla tworzą układ powtarzający się co trzy warstwy, przez długi czas wyznaczał górną granicę dziesięciostopniowej skali twardości minerałów Mohsa.
Lonsdaleit posiada za to strukturę heksagonalną, przypominającą plaster miodu, w której wzór powtarza się co dwie warstwy. Dzięki temu wiązania między atomami są krótsze i silniejsze, co według przewidywań teoretycznych może czynić ten materiał o ponad 50 proc. twardszym od tradycyjnego diamentu.
Przez lata istnienie lonsdaleitu jako odrębnego minerału było kwestionowane, a wielu ekspertów pozostawało sceptycznych. Sugerowali oni, że rzekomy diament heksagonalny jest w rzeczywistości zwykłym diamentem sześciennym z licznymi defektami strukturalnymi.
Chińscy naukowcy osiągnęli przełom. Wytworzyli lonsdaleit
Teraz dzięki chińskim naukowcom nastąpił w tej kwestii przełom. – To pierwsza bardzo dokładna charakterystyka tego nieuchwytnego materiału – skomentował Oliver Tschauner z University of Nevada w Las Vegas, który recenzował wyniki badań.
Tak powstał Atlantyk. Afryka powtarza ten scenariusz.
Do przełomu doprowadziła precyzyjna analiza dyfrakcji rentgenowskiej. Naukowcy zidentyfikowali brakujące dotąd tzw. charakterystyczne skoki natężenia promieniowania, które można nazwać „odciskiem palca” struktury heksagonalnej.
Zespół badawczy pod kierownictwem fizyka Chongxin Shana z Uniwersytetu w Zhengzhou osiągnął sukces, stosując ekstremalne warunki fizyczne. Jako materiał wyjściowy posłużył węgiel pirolityczny o wysokim stopniu uporządkowania. Został on poddany ciśnieniu wynoszącym 20 gigapaskali w temperaturze od 1,3 do 1,9 tys. st.C. Proces trwał 10 godzin i pozwolił na uzyskanie próbek o średnicy około 1,5 mm.
Lonsdaleit może odmienić technologię. Ma wiele zastosowań
Naukowcy ustalili, że uzyskany lonsdaleit jest nie tylko twardszy, ale również znacznie bardziej odporny na utlenianie. W praktyce oznacza to, że materiał zachowuje swoje właściwości w znacznie wyższych temperaturach niż zwykły diament, co jest kluczowe dla zastosowań przemysłowych, takich jak głębokie wiercenia czy cięcie twardych stopów metali.
Chongxin Shan wskazuje, że materiał „ma potencjalne zastosowania w wielu dziedzinach, na przykład w materiałach do zarządzania ciepłem i w czujnikach kwantowych”. Możliwość produkcji lonsdaleitu w formie masowej otwiera drogę do stworzenia nowej generacji powłok ściernych oraz systemów odprowadzania ciepła z zaawansowanej elektroniki.
Szczegółowe wyniki badań oraz metodologię syntezy opisano w artykule opublikowanym na łamach czasopisma naukowego „Nature”.