w naturze diamenty tworzą się głęboko w ziemi przez miliardy lat. Proces ten wymaga środowisk o wyjątkowo wysokim ciśnieniu i temperaturach przekraczających 1000℃.

Nasz międzynarodowy zespół stworzył dwa różne rodzaje diamentów w temperaturze pokojowej — i to w ciągu kilku minut. Po raz pierwszy diamenty zostały z powodzeniem wyprodukowane w laboratorium bez dodatkowego ciepła.

nasze ustalenia są publikowane w czasopiśmie Mały.

istnieje więcej niż jedna forma diamentu

atomy węgla mogą wiązać się ze sobą na wiele sposobów, tworząc różne materiały, w tym miękki czarny grafit i twardy przezroczysty diament.

istnieje wiele znanych form węgla z wiązaniem podobnym do grafitu, w tym grafen, najcieńszy materiał, jaki kiedykolwiek zmierzono. Ale czy wiesz, że istnieje również więcej niż jeden rodzaj materiału węglowego z klejeniem diamentowym?

w normalnym diamencie atomy są ułożone w sześcienną strukturę krystaliczną. Możliwe jest jednak również ułożenie tych atomów węgla w taki sposób, aby miały sześciokątną strukturę krystaliczną.

ta inna forma diamentu nazywa się Lonsdaleite, nazwana na cześć irlandzkiego krystalografa i członka Royal Society Kathleen Lonsdale, która badała strukturę węgla za pomocą promieni rentgenowskich.

istnieje duże zainteresowanie Lonsdaleitem, ponieważ przewiduje się, że będzie on o 58% twardszy niż zwykły diament — który jest już uważany za najtwardszy naturalnie występujący materiał na Ziemi.

został po raz pierwszy odkryty w przyrodzie, w miejscu krateru meteorytowego Canyon Diablo w Arizonie. Niewielkie ilości substancji zostały zsyntetyzowane w laboratoriach przez ogrzewanie i ściskanie grafitu za pomocą prasy wysokociśnieniowej lub materiałów wybuchowych.

nasze badania pokazują, że zarówno Lonsdaleit, jak i zwykły diament mogą być formowane w temperaturze pokojowej w warunkach laboratoryjnych, po prostu stosując wysokie ciśnienie.

Czytaj więcej: Graphite: aby skapitalizować Australię trzeba zainwestować w konwersję

wiele sposobów na diament

diamenty są syntetyzowane w laboratoriach już od 1954 roku. Następnie Tracy Hall z General Electric stworzyła je za pomocą procesu, który naśladował naturalne warunki w skorupie ziemskiej, dodając metaliczne katalizatory, aby przyspieszyć proces wzrostu.

rezultatem były wysokociśnieniowe, wysokotemperaturowe diamenty podobne do tych występujących w naturze, ale często mniejsze i mniej doskonałe. Są one produkowane do dziś, głównie do zastosowań przemysłowych.

inną ważną metodą produkcji diamentów jest proces chemiczno-gazowy, który wykorzystuje mały diament jako „ziarno” do uprawy większych diamentów. Wymagane są temperatury około 800℃. Podczas gdy wzrost jest dość powolny, diamenty te mogą być uprawiane duże i stosunkowo wolne od wad.

natura dostarczyła wskazówek na temat innych sposobów formowania diamentów, w tym podczas gwałtownego uderzenia meteorytów na ziemię, a także w procesach takich jak szybkie zderzenia asteroid w naszym Układzie Słonecznym-tworzenie tego, co nazywamy „pozaziemskimi diamentami”.

naukowcy próbują dokładnie zrozumieć, jak tworzą się diamenty impact lub Pozaziemskie. Istnieją pewne dowody na to, że oprócz wysokich temperatur i ciśnień, siły ślizgowe (znane również jako siły ścinające) mogą odgrywać ważną rolę w wyzwalaniu ich powstawania.

obiekt uderzany przez siły ścinające jest popychany w jednym kierunku u góry i w przeciwnym kierunku u dołu.

przykładem może być przesunięcie talii kart w lewo u góry i w prawo u dołu. Zmusiłoby to talię do przesuwania się, a karty do rozłożenia. Stąd siły ścinające są również nazywane siłami „przesuwnymi”.

wytwarzanie diamentów w temperaturze pokojowej

do naszej pracy zaprojektowaliśmy eksperyment, w którym mały chip grafitowego węgla został poddany zarówno ekstremalnym siłom ścinającym, jak i wysokim ciśnieniu, aby zachęcić do tworzenia diamentu.

w przeciwieństwie do większości wcześniejszych prac na tym froncie, nie zastosowano dodatkowego ogrzewania próbki węgla podczas ściskania. Wykorzystując zaawansowaną mikroskopię elektronową-technikę stosowaną do przechwytywania obrazów o bardzo wysokiej rozdzielczości-stwierdzono, że otrzymana próbka zawiera zarówno zwykły diament, jak i Lonsdaleit.

w tym nigdy wcześniej nie widzianym układzie cienka „rzeka” diamentu (około 200 razy mniejsza od ludzkiego włosa) została otoczona „morzem” Lonsdaleitu.

układ struktury przypomina „pasmo ścinania” obserwowane w innych materiałach, w których wąski obszar doświadcza intensywnego, zlokalizowanego szczepu. Sugeruje to, że siły ścinające były kluczem do powstawania tych diamentów w temperaturze pokojowej.

twarde orzechy do złamania

możliwość wytwarzania diamentów w temperaturze pokojowej w ciągu kilku minut otwiera wiele możliwości produkcyjnych.

w szczególności wykonanie Lonsdaleite „harder than diamond” w ten sposób jest ekscytującą wiadomością dla branż, w których potrzebne są niezwykle twarde materiały. Na przykład diament służy do powlekania wierteł i ostrzy, aby przedłużyć żywotność tych narzędzi.

kolejnym wyzwaniem dla nas jest obniżenie ciśnienia wymaganego do formowania diamentów.

w naszych badaniach najniższe ciśnienie w temperaturze pokojowej, w której zaobserwowano powstawanie diamentów, wynosiło 80 gigapaskali. To odpowiednik 640 słoni afrykańskich na czubku jednego buta baletowego!

gdyby zarówno diament, jak i Lonsdaleit mogły być wykonane przy niższych ciśnieniach, moglibyśmy zrobić ich więcej, szybciej i taniej.

Czytaj więcej: nasza zdolność do produkcji minerałów może zmienić rynek klejnotów, przemysł medyczny, a nawet pomóc w zasysaniu węgla z powietrza