in de natuur ontstaan diamanten diep in de aarde gedurende miljarden jaren. Dit proces vereist omgevingen met uitzonderlijk hoge druk en temperaturen van meer dan 1.000℃.

ons internationale team heeft twee verschillende soorten diamant gemaakt bij kamertemperatuur — en in een kwestie van minuten. Het is de eerste keer dat diamanten met succes worden geproduceerd in een lab zonder extra warmte.

onze bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift Small.

er is meer dan één vorm van diamant

koolstofatomen kunnen op een aantal manieren samenbinden om verschillende materialen te vormen, waaronder zacht zwart grafiet en hard transparant diamant.

Er zijn veel bekende vormen van koolstof met grafietachtige binding, waaronder grafeen, het dunste materiaal ooit gemeten. Maar wist je dat er ook meer dan één soort op koolstof gebaseerd materiaal is met diamantachtige verlijming?

in een normale diamant zijn atomen gerangschikt in een kubieke kristalstructuur. Het is echter ook mogelijk om deze koolstofatomen zo te rangschikken dat ze een zeshoekige kristalstructuur hebben. deze verschillende vorm van diamant wordt Lonsdaleite genoemd, genoemd naar de Ierse kristallograaf en Fellow van de Royal Society Kathleen Lonsdale, die de structuur van koolstof bestudeerde met behulp van röntgenstralen.

Er is veel belangstelling voor Lonsdaleiet, omdat het naar verwachting 58% harder is dan gewone diamant — dat al wordt beschouwd als het hardste natuurlijk voorkomende materiaal op aarde.het werd voor het eerst ontdekt in de natuur, op de plaats van de Canyon Diablo meteorite crater in Arizona. Sindsdien zijn kleine hoeveelheden van de stof in laboratoria gesynthetiseerd door het verwarmen en comprimeren van grafiet, met behulp van een hogedrukpers of explosieven.

ons onderzoek toont aan dat zowel Lonsdaleite als gewone diamant bij kamertemperatuur kunnen worden gevormd in een laboratoriumomgeving, door alleen maar hoge druk toe te passen.

Lees verder: grafiet: om te kapitaliseren moet Australië investeren in conversie

de vele manieren om een diamant te maken

Diamanten zijn al sinds 1954 gesynthetiseerd in laboratoria. Toen creëerde Tracy Hall van General Electric ze met een proces dat de natuurlijke omstandigheden in de aardkorst nabootste, waarbij metaalkatalysatoren werden toegevoegd om het groeiproces te versnellen.

het resultaat was hogedruk, hoge temperatuur diamanten vergelijkbaar met die in de natuur, maar vaak kleiner en minder perfect. Deze worden nog steeds geproduceerd, voornamelijk voor industriële toepassingen.

de andere belangrijke methode voor de vervaardiging van diamanten is een chemisch-gasproces waarbij een kleine diamant als “zaad” wordt gebruikt om grotere diamanten te kweken. Temperaturen van ongeveer 800℃ zijn vereist. Hoewel de groei vrij traag is, kunnen deze diamanten groot en relatief foutloos worden gekweekt.

De natuur heeft hints gegeven van andere manieren om diamant te vormen, onder meer tijdens de gewelddadige inslag van meteorieten op aarde, maar ook in processen zoals snelle asteroïdenbotsingen in ons zonnestelsel-het creëren van wat we “buitenaardse diamanten”noemen.

wetenschappers hebben geprobeerd om precies te begrijpen hoe impact of buitenaardse diamanten ontstaan. Er zijn aanwijzingen dat, naast hoge temperaturen en druk, glijdende krachten (ook bekend als “afschuifkrachten”) een belangrijke rol kunnen spelen bij het activeren van hun vorming.

Een object dat wordt beà nvloed door afschuifkrachten wordt aan de bovenkant in één richting geduwd en aan de onderkant in de tegenovergestelde richting.

een voorbeeld is een kaartspel naar links boven en naar rechts onder. Dit zou het deck dwingen om te schuiven en de kaarten te verspreiden. Daarom worden afschuifkrachten ook wel “glijdende” krachten genoemd. voor ons werk ontwierpen we een experiment waarbij een kleine chip van grafietachtige koolstof werd blootgesteld aan zowel extreme afschuifkrachten als hoge druk, om de vorming van diamant te bevorderen.

In tegenstelling tot de meeste eerdere werkzaamheden aan dit front werd tijdens de compressie geen extra verhitting op het koolstofmonster toegepast. Gebruikend geavanceerde elektronenmicroscopie-een techniek die wordt gebruikt om zeer hoge resolutiebeelden vast te leggen — werd de resulterende steekproef gevonden om zowel regelmatige diamant als Lonsdaleite te bevatten.

in dit nooit eerder geziene arrangement werd een dunne “rivier” van diamant (ongeveer 200 keer kleiner dan een mensenhaar) omgeven door een “zee” van Lonsdaleite.

De indeling van de structuur doet denken aan” afschuifbanden ” die in andere materialen worden waargenomen, waarbij een smal gebied een intense, plaatselijke belasting ervaart. Dit suggereert dat afschuifkrachten de sleutel waren tot de vorming van deze diamanten bij kamertemperatuur.

taaie moeren om te kraken

het vermogen om diamanten bij kamertemperatuur te maken, in een kwestie van minuten, opent tal van productiemogelijkheden.

specifiek is het op deze manier “harder dan diamant” maken van Lonsdaleite spannend nieuws voor industrieën waar extreem harde materialen nodig zijn. Diamant wordt bijvoorbeeld gebruikt om boren en messen te coaten om de levensduur van deze gereedschappen te verlengen.

de volgende uitdaging voor ons is het verlagen van de druk die nodig is om de diamanten te vormen.

in ons onderzoek was de laagste druk bij kamertemperatuur waar diamanten werden waargenomen, 80 gigapascal. Dit is het equivalent van 640 Afrikaanse olifanten op het puntje van één balletschoen!

als zowel diamant als Lonsdaleite bij lagere druk gemaakt zouden kunnen worden, zouden we er meer van kunnen maken, sneller en goedkoper.

Lees meer: ons vermogen om mineralen te produceren kan de edelsteenmarkt en de medische industrie transformeren en zelfs helpen koolstof uit de lucht te zuigen