Istraživači iz Henana sintetizovali su čiste milimetarske uzorke heksagonalnog dijamanta (lonsdaleit) primenom 20 GPa pritiska i temperatura od 1.300–1.900 °C. Sinhrontronska XRD merenja i TEM snimci potvrdili su P63/mmc strukturu i ABAB slaganje slojeva bez kontaminacije grafitom ili kubnim dijamantom. Materijal pokazuje veću tvrdoću (~114 GPa) i veći Jangov modul (~1 229 GPa) od standardnog kubnog dijamanta, a oksidiše iznad ~1 121 K. Dalja istraživanja i povećanje proizvodnje mogla bi otvoriti primene u alatima i visokotehnološkim komponentama.
Naučnici Sintetizovali Čisti Heksagonalni Dijamant (Lonsdaleit) Tvrđi Od Prirodnog
Scientists report creating pure hexagonal diamond, resolving a long debate about the rare meteorite mineral lonsdaleite. (CREDIT: Nature)
Dijamanti su poznati kao najtvrđi prirodni materijali, ali nova studija sugeriše da postoji alternativa – heksagonalni dijamant, poznat i kao lonsdaleit, koja može biti još tvrdša i kruta. Tim istraživača iz Henan Key Laboratory of Diamond Materials and Devices, na čelu sa Shoulong Laiem, uspešno je sintetizovao milimetarske, čiste uzorke lonsdaleita i detaljno ih karakterisao.
Atomic structure of the bulk HD recovered from 20 GPa and 1,300 °C. (CREDIT: Nature)
Kako su stvorili lonsdaleit
Istraživači su koristili visoko orijentisani pirolitički grafit kao početni materijal. Uzorci su bili izloženi ekstremnim uslovima: pritisak od 20 GPa (oko 200.000 atm) i temperature u opsegu 1.300–1.900 °C. Kritičan element metode bio je smer pritiska — sila je delovala duž c-ose grafitne strukture, odnosno direktno prema naslaganim slojevima ugljenika, što je omogućilo kontrolisanu rekristalizaciju slojeva.
Large-scale molecular dynamics simulations of the transformation process from HOPG to HD based on machine learning potential. (CREDIT: Nature)
Kako su verifikovali strukturu
Za potvrdu su primenjene više naprednih tehnika:
a, Cross-sectional TEM image of the HOPG precursor. b, High-resolution TEM image of the area marked by the dashed box in a. The ellipse regions indicate the localized defects in the HOPG. (CREDIT: Nature)
- Sinhrontronska rendgenska difrakcija (XRD) — dobijeni difrakcioni pikovi odgovarali su P63/mmc heksagonalnoj strukturi.
- Atomski i transmisioni elektronski mikroskop (TEM) — direktno je uočeno ABAB slaganje slojeva karakteristično za heksagonalni dijamant i šestostruka simetrija rešetke.
- Provera čistoće — u analiziranim zonama nije nađeno prisustvo grafita ili kubnog (konvencionalnog) dijamanta.
Mehanizam transformacije
Simulacije molekulske dinamike koje su istraživači sproveli pokazuju da se najpre formiraju međuslojni kovalentni vezni spojevi između susednih grafitnih slojeva. Ti međuslojni spojevi ograničavaju relativno pomeranje slojeva, što onemogućava nastanak kubne dijamantne faze i pogoduje formiranju heksagonalnog ABAB slaganja.
Two-dimensional diffraction images of bulk HD acquired along radial and axial directions of the specimen. (CREDIT: Nature)
Mehanička i termalna svojstva
Ispitivanja su pokazala izuzetne karakteristike nove faze:
a, Cross-sectional lamella for STEM observations. b, Typical cross-sectional STEM image, showing well-defined layered textures with individual layer thickness of tens of nanometres. (CREDIT: Nature)
- Tvrdoća (Vickers): približno 114 GPa, u poređenju sa ~110 GPa za prirodni kubni dijamant.
- Jangov modul (stiffness): oko 1 229 GPa, naspram 1 087 GPa za referentni jednokristal kubnog dijamanta.
- Termalna stabilnost: oksidacija počinje iznad približno 1 121 K.
Moguće primene i ograničenja
Ukoliko se proizvodnja skalira na veće serije, heksagonalni dijamant može naći primenu u visokoperformanskim sekačima, abrazivima, preciznim alatima i komponentama za naprednu elektroniku gde su potrebni ekstremna tvrdoća i krutost. Ipak, trenutno ograničenje je potreba za ekstremnim P–T uslovima i kontrolom orijentacije grafitnih slojeva — sve dok se ne razviju ekonomičniji postupci, industrijska primena ostaje izazov.
Rad je objavljen u časopisu Nature, što dodatno potvrđuje ozbiljnost i verodostojnost nalaza.
Zaključak: Istraživanje predstavlja važan korak u potvrđivanju postojanja i sinteze čistog heksagonalnog dijamanta i otvara put za dalji razvoj materijala s izuzetnim mehaničkim svojstvima, uz napomenu da su potrebne dodatne studije i rad na industrijskoj skalabilnosti.
Pomozite nam da budemo bolji.
