i naturen bildas diamanter djupt i jorden under miljarder år. Denna process kräver miljöer med exceptionellt högt tryck och temperaturer som överstiger 1000 kcal.

vårt internationella team har skapat två olika typer av diamanter vid rumstemperatur-och på några minuter. Det är första gången diamanter framgångsrikt har producerats i ett labb utan tillsatt värme.

våra resultat publiceras i tidskriften Small.

det finns mer än en form av diamant

kolatomer kan bindas ihop på ett antal sätt för att bilda olika material, inklusive mjuk svart grafit och hård transparent diamant.

det finns många välkända former av kol med grafitliknande bindning, inklusive grafen, det tunnaste materialet som någonsin uppmätts. Men visste du att det också finns mer än en typ av kolbaserat material med diamantliknande bindning?

i en normal diamant är atomer anordnade i en kubisk kristallin struktur. Det är dock också möjligt att ordna dessa kolatomer så att de har en sexkantig kristallstruktur.

Denna olika form av diamant kallas Lonsdaleite, uppkallad efter irländsk kristallograf och kollega från Royal Society Kathleen Lonsdale, som studerade kolstrukturen med röntgenstrålar.

det finns mycket intresse för Lonsdaleite, eftersom det förutspås vara 58% hårdare än vanlig diamant — som redan anses vara det hårdaste naturligt förekommande materialet på jorden.

det upptäcktes först i naturen, på platsen för Canyon Diablo meteoritkrater i Arizona. Små mängder av ämnet har sedan dess syntetiserats i laboratorier genom uppvärmning och komprimering av grafit, med antingen en högtryckspress eller sprängämnen.

vår forskning visar att både Lonsdaleit och vanlig diamant kan bildas vid rumstemperatur i en laboratorieinställning, genom att bara applicera höga tryck.

Läs mer: grafit: för att kapitalisera Australien måste investera i Konvertering

de många sätten att göra en diamant

diamanter har syntetiserats i laboratorier sedan så långt tillbaka som 1954. Sedan skapade Tracy Hall på General Electric dem med hjälp av en process som efterliknade de naturliga förhållandena i jordskorpan och tillsatte metallkatalysatorer för att påskynda tillväxtprocessen.

resultatet var högtrycks -, högtemperaturdiamanter liknande de som finns i naturen, men ofta mindre och mindre perfekta. Dessa tillverkas fortfarande idag, främst för industriella applikationer.

den andra stora metoden för diamanttillverkning är via en kemisk gasprocess som använder en liten diamant som ett” frö ” för att odla större diamanter. Temperaturer på ca 800 kg krävs. Medan tillväxten är ganska långsam kan dessa diamanter odlas stora och relativt defektfria.

naturen har gett tips om andra sätt att bilda diamant, inklusive under meteoriternas våldsamma påverkan på jorden, liksom i processer som höghastighets asteroidkollisioner i vårt solsystem-vilket skapar det vi kallar ”utomjordiska diamanter”.

forskare har försökt förstå exakt hur påverkan eller utomjordiska diamanter bildas. Det finns vissa bevis för att förutom höga temperaturer och tryck kan glidkrafter (även kända som ”skjuvkrafter”) spela en viktig roll för att utlösa deras bildning.

ett objekt som påverkas av skjuvkrafter skjuts i en riktning längst upp och motsatt riktning längst ner.

ett exempel skulle vara att trycka en kortlek till vänster längst upp och till höger längst ner. Detta skulle tvinga däcket att glida och korten att sprida ut. Därför kallas skjuvkrafter också” glidande ” krafter.

att göra diamanter vid rumstemperatur

för vårt arbete utformade vi ett experiment där ett litet chip av grafitliknande kol utsattes för både extrema skjuvkrafter och höga tryck för att uppmuntra bildandet av diamant.

Till skillnad från de flesta tidigare arbeten på denna front applicerades ingen ytterligare uppvärmning på kolprovet under kompression. Med hjälp av avancerad elektronmikroskopi-en teknik som används för att fånga mycket högupplösta bilder-visade sig det resulterande provet innehålla både vanlig diamant och Lonsdaleit.

i detta aldrig tidigare sett arrangemang var en tunn ”flod” av diamant (cirka 200 gånger mindre än ett människohår) omgiven av ett ”hav” av Lonsdaleite.

strukturens arrangemang påminner om” skjuvband ” observerad i andra material, där ett smalt område upplever intensiv, lokaliserad stam. Detta tyder på skjuvkrafter var nyckeln till bildandet av dessa diamanter vid rumstemperatur.

tuffa nötter att knäcka

möjligheten att göra diamanter vid rumstemperatur, på några minuter, öppnar många tillverkningsmöjligheter.

specifikt, att göra ”hårdare än diamant” Lonsdaleite på detta sätt är spännande nyheter för branscher där extremt hårda material behövs. Till exempel används diamant för att belägga borrkronor och blad för att förlänga dessa verktygs livslängd.

nästa utmaning för oss är att sänka trycket som krävs för att bilda diamanterna.

i vår forskning var det lägsta trycket vid rumstemperatur där diamanter observerades ha bildats 80 gigapascals. Detta motsvarar 640 afrikanska elefanter på spetsen av en balettsko!

om både diamant och Lonsdaleit kunde tillverkas vid lägre tryck, kunde vi göra mer av det, snabbare och billigare.

Läs Mer: vår förmåga att tillverka mineraler kan omvandla pärlemarknaden, medicinska industrier och till och med hjälpa till att suga kol från luften