i naturen dannes diamanter dybt i jorden over milliarder af år. Denne proces kræver miljøer med usædvanligt højt tryk og temperaturer på over 1.000 liter.

vores internationale team har skabt to forskellige typer diamanter ved stuetemperatur — og på få minutter. Det er første gang diamanter med succes er blevet produceret i et laboratorium uden tilsat varme.

vores resultater er offentliggjort i tidsskriftet Small.

der er mere end en form for diamant

carbonatomer kan binde sammen på en række måder for at danne forskellige materialer, herunder blød sort grafit og hård gennemsigtig diamant.

der er mange kendte former for kulstof med grafitlignende binding, inklusive grafen, det tyndeste materiale, der nogensinde er målt. Men vidste du, at der også er mere end en type kulstofbaseret materiale med diamantlignende binding?

i en normal diamant er atomer arrangeret i en kubisk krystallinsk struktur. Det er dog også muligt at arrangere disse carbonatomer, så de har en sekskantet krystalstruktur.

Denne forskellige form for diamant kaldes Lonsdaleite, opkaldt efter irsk krystallograf og fyr fra Royal Society Kathleen Lonsdale, der studerede strukturen af kulstof ved hjælp af røntgenstråler.

Der er stor interesse for Lonsdaleite, da det forventes at være 58% hårdere end almindelig diamant — som allerede betragtes som det hårdeste naturligt forekommende materiale på jorden.det blev først opdaget i naturen på stedet for Canyon Diablo-meteoritkrateret i Arisona. Små mængder af stoffet er siden blevet syntetiseret i laboratorier ved opvarmning og komprimering af grafit ved hjælp af enten en højtrykspresse eller sprængstoffer.

vores forskning viser, at både Lonsdaleite og regular diamond kan dannes ved stuetemperatur i laboratorieindstillinger ved blot at anvende høje tryk.

Læs mere: grafit: for at kapitalisere Australien skal investere i konvertering

de mange måder at fremstille en diamant

diamanter er blevet syntetiseret i laboratorier siden så langt tilbage som 1954. Derefter skabte Tracy Hall hos General Electric dem ved hjælp af en proces, der efterlignede de naturlige forhold i jordskorpen og tilføjede metalliske katalysatorer for at fremskynde vækstprocessen.

resultatet var højtryksdiamanter med høj temperatur svarende til dem, der findes i naturen, men ofte mindre og mindre perfekte. Disse fremstilles stadig i dag, hovedsageligt til industrielle applikationer.

den anden vigtige metode til diamantfremstilling er via en kemisk gasproces, der bruger en lille diamant som et “frø” til at dyrke større diamanter. Temperaturer på omkring 800 liter er påkrævet. Mens væksten er ret langsom, kan disse diamanter dyrkes store og relativt fejlfri.

naturen har givet antydninger til andre måder at danne diamant på, herunder under den voldsomme påvirkning af meteoritter på jorden såvel som i processer som højhastigheds asteroidekollisioner i vores solsystem-hvilket skaber det, vi kalder “udenjordiske diamanter”.

forskere har forsøgt at forstå nøjagtigt, hvordan påvirkning eller udenjordiske diamanter dannes. Der er nogle beviser for, at ud over høje temperaturer og tryk kan glidekræfter (også kendt som “forskydningskræfter”) spille en vigtig rolle i udløsningen af deres dannelse.

et objekt, der påvirkes af forskydningskræfter, skubbes i en retning øverst og den modsatte retning nederst.

et eksempel ville være at skubbe et spil kort til venstre øverst og til højre nederst. Dette ville tvinge dækket til at glide og kortene til at sprede sig. Derfor kaldes forskydningskræfter også” glidende ” kræfter.

fremstilling af diamanter ved stuetemperatur

til vores arbejde designede vi et eksperiment, hvor en lille chip af grafitlignende kulstof blev udsat for både ekstreme forskydningskræfter og høje tryk for at tilskynde til dannelse af diamant.

I modsætning til de fleste tidligere arbejde på denne front blev der ikke påført yderligere opvarmning på carbonprøven under kompression. Ved hjælp af avanceret elektronmikroskopi-en teknik, der blev brugt til at fange billeder i meget høj opløsning — viste det sig, at den resulterende prøve indeholdt både almindelig diamant og Lonsdaleite.

i dette aldrig før set arrangement var en tynd “flod” af diamant (omkring 200 gange mindre end et menneskehår) omgivet af et “hav” af Lonsdaleite.

strukturens arrangement minder om “forskydningsbånd” observeret i andre materialer, hvor et smalt område oplever intens, lokaliseret belastning. Dette antyder forskydningskræfter var nøglen til dannelsen af disse diamanter ved stuetemperatur.

Tough nuts to crack

evnen til at lave diamanter ved stuetemperatur i løbet af få minutter åbner mange fremstillingsmuligheder.

specifikt gør “hårdere end diamant” Lonsdaleite på denne måde spændende nyheder for industrier, hvor der er brug for ekstremt hårde materialer. For eksempel bruges diamant til at belægge bor og knive for at forlænge disse værktøjers levetid.

den næste udfordring for os er at sænke det tryk, der kræves for at danne diamanterne.

i Vores forskning var det laveste tryk ved stuetemperatur, hvor diamanter blev observeret at have dannet 80 gigapascals. Dette svarer til 640 afrikanske elefanter på spidsen af en balletsko!

Hvis både diamond og Lonsdaleite kunne fremstilles ved lavere tryk, kunne vi gøre mere af det, hurtigere og billigere.

Læs Mere: vores evne til at fremstille mineraler kan transformere Perlemarkedet, medicinske industrier og endda hjælpe med at suge kulstof fra luften