Vedcom sa podarilo v laboratóriu vytvoriť diamanty, ktoré sú o 58 percent tvrdšie ako bežné diamanty.
Vedci vytvorili prvý veľký meteoritický diamant, známy aj ako lonsdaleit alebo hexagonálny diamant. Ilustračný obrázok. Zdroj: iStock.com/retouchman
Meteoritický diamant je materiál, ktorý je údajne ešte tvrdší ako diamanty bežne sa vyskytujúce na Zemi. Vedci na to využili techniku vysokého tlaku a vysokej teploty, vďaka čomu vznikli malé disky tohto ultratvrdého diamantu, ktorý by mohol v budúcnosti nahradiť bežné diamanty vo vŕtacích nástrojoch či v elektronike.
Diamanty predstavujú najtvrdší kameň na svete. Každý atóm uhlíka v nekonečne sa opakujúcej molekulárnej štruktúre vytvára štyri rovnako dlhé väzby s inými atómami uhlíka. V šesťdesiatych rokoch 20. storočia však navrhli jemne odlišnú štruktúru diamantu, pričom malé nečisté kryštály tejto štruktúry následne objavili v meteorite Canyon Diablo, ktorý sa zrútil v arizonskej púšti približne pred 50 000 rokmi.
Na rozdiel od kubického diamantu obsahuje táto forma dve rôzne dĺžky väzieb, jednu o niečo dlhšiu ako v normálnom, bežnom diamante a druhú o niečo kratšiu. Atómy uhlíka sú stále usporiadané do nekonečných rovín štvorstenov, tentoraz však štruktúra pri pohľade zboku obsahuje len dve opakujúce sa vrstvy (označené A a B na obrázku). Mierny posun uhlíkových vrstiev dáva meteoritickému diamantu hexagonálnu štruktúru, ktorá by podľa teórie vedcov mala zvýšiť tvrdosť tejto pevnej látky o 58 percent.
Schéma znázorňujúca štrukturálne rozdiely medzi kubickým diamantom (vľavo) a meteoritickým diamantom (vpravo). Zdroj: Ralf Riedel
Wen-ke Jang a jeho kolegovia z Centra pre vysokotlakový vedecký a technologický výskum v Pekingu sa, inšpirovaní úlomkom meteoritu Canyon Diablo, snažili v laboratóriu reprodukovať intenzívne podmienky zrážky so Zemou a vyvinuli vysokotlakovú a vysokoteplotnú syntézu pomocou diamantovej nákovky, teda zariadenia, ktoré stláča vzorku medzi dva sploštené povrchy z diamantu. Týmto spôsobom pomaly stláčali materiál a cieleným teplom z lasera fixovali posunuté atómy na dané miesto.
„Pri tlakoch okolo 200 000 atmosfér sú ploché uhlíkové vrstvy grafitu nútené posúvať sa a spájať sa so susednými vrstvami, čím sa vytvára vybočená uhlíková voština charakteristická pre hexagonálny diamant,“ uviedol Wen-ke Jang v e-mailovej správe pre Live Science. „Laserové zahrievanie pri teplote nad 1 400 °C (2 552 Fahrenheita) tento prechod uľahčuje.“ Po vytvorení deformovaných tetraédrov hexagonálneho diamantu tím pomaly uvoľnil tlak, čím zabezpečil, aby sa nový kryštál samovoľne nepremenil späť na grafit.
Tím potom použil výkonné techniky na zobrazenie kryštálovej štruktúry. Hoci kryštálový disk zostal trochu nečistý a obsahoval náhodné úlomky kubického diamantu, snímky z elektrónového mikroskopu jasne ukázali jeho uhlíkové vrstvy a röntgenová kryštalografia odhalila hexagonálnu štruktúru.
Odborníci chcú ešte preskúmať fyzikálne a mechanické vlastnosti, tepelné, ale aj elektrické vlastnosti nového materiálu. Podľa štúdie si testovanie tvrdosti vo všeobecnosti vyžaduje väčšie vzorky, než aké vyrobil Jangov tím. Potvrdili však, že nový materiál je prinajmenšom rovnako tvrdý ako bežný diamant, no nasledujúce experimenty s väčšími a čistejšími kryštálmi dodajú vedcom podrobnejšie poznatky.
Tím by v konečnom dôsledku chcel, aby hexagonálny diamant začal nahrádzať bežný diamant v priemyselných technológiách, ako sú presné stroje, vysoko výkonná elektronika, kvantové technológie a systémy tepelného riadenia, hoci takéto aplikácie môžu byť vzdialené ešte desať rokov.
„Naším cieľom do budúcnosti je vyrobiť väčšie vysokokvalitné vzorky hexagonálneho diamantu vhodné pre reálne aplikácie,“ dodal hlavný autor štúdie. „Toto úsilie pomôže prispôsobiť vlastnosti hexagonálneho diamantu pre konkrétne aplikácie a pripraviť pôdu pre jeho priemyselné využitie.“
Zdroj: Live Science
(RR)
