Ученые создают «супералмазы», которые тверже любого минерала на Земле.
«Hearst Magazines и Yahoo могут получать комиссию или доход от некоторых товаров, продаваемых по этим ссылкам».
- Впервые обнаруженный в 1967 году, лонсдейлит является самым твёрдым природным минералом из когда-либо обнаруженных — да, он даже твёрже алмазов.
- Однако лонсдейлит был обнаружен только в метеоритах, что говорит о том, что для его образования требуются высокая температура и давление.
- В новом исследовании ученые сделали огромный шаг вперед в совершенствовании метода синтеза лонсдейлита, что может привести к многочисленным научным прорывам.
Алмаз — самый твердый минерал на Земле. Этот факт, скорее всего, прошел бы проверку на местном вечере викторин, но ученые подозревают, что в геологической истории есть еще кое-что.
Алмаз — это аллотроп углерода, то есть это тип углерода, который существует в другой форме из-за своей среды (в данном случае, большого количества времени и давления). Древесный уголь и графит также являются аллотропами углерода. Однако есть еще один аллотроп, впервые обнаруженный в 1967 году, когда ученые исследовали метеорит в Каньоне Дьябло, Аризона, — известный сегодня как лонсдейлит. Названный в честь ирландского кристаллографа Дамы Кэтлин Лонсдейл, самым шокирующим свойством лонсдейлита является то, что он даже тверже алмаза, потому что в то время как алмаз формируется с тетраэдрической структурой в своей углеродной решетке (известной как кубическая алмазная структура), лонсдейлит образует гексагональную структуру, которая увеличивает термическую стабильность и твердость.
Как и следовало ожидать, первая находка лонсдейлита на метеоре означает, что этот минерал не встречается в природе на Земле. Это потому, что для его образования требуются более экстремальные геологические давления, чем может обеспечить Земля. Исследование, проведенное в 2022 году, подтвердило, что лонсдейлит, вероятно, образуется в результате «ударных сжатий» и высоких температур, возникающих во время столкновения метеорита с Землей, превращая графит в этот сверхтвердый минерал. Хотя это и разбило надежды на обнаружение большой природной жилы этого потенциально полезного супералмаза, это укрепило идею о том, что лонсдейлит можно эффективно производить.
Теперь группа исследователей усовершенствовала существующие методы получения лонсдейлита. В прошлом синтезированное производство лонсдейлита часто производило много графита и алмазов в процессе, но это новое исследование значительно оптимизирует метод получения этих гексагональных алмазов (HD). Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Materials.
«С потенциально превосходными механическими свойствами и интригующей структурой лонсдейлит также привлек пристальное внимание исследователей в области материаловедения», — пишут авторы. «Почти чистый объемный HD был получен в хорошо спланированных экспериментах путем применения высокого давления и высокой температуры с температурным градиентом».
Этот процесс требовал очень искусного умения применять давление и температуру, одновременно выравнивая графитовые стопки таким образом (процесс, известный как укладка Бернала или AB-укладка), чтобы предотвратить скольжение слоев.
«Чтобы преодолеть такие неблагоприятные факторы для роста HD, мы синтезировали HD из графита через промежуточные постграфитовые фазы, в которых межслоевое связывание может заблокировать почти AB-укладку в сжатом графите и затруднить дальнейшее скольжение слоев во время высокотемпературной стимуляции, способствуя образованию HD», — пишут авторы. «Как наши эксперименты, так и моделирование показывают, что, помимо образования постграфитовой фазы, наличие температурного градиента также имеет решающее значение для синтеза HD».
Хотя это и далеко не промышленный процесс, производство лонсдейлита в лабораторных условиях даст ученым более глубокое понимание условий, необходимых для его редкого естественного образования, а также потенциальных достижений в области экзотических материалов (таких как сверхпроводники ), которые могут использовать его уникальные свойства.
Читайте нашу главную страницу — Взгляд в будущее, Инновации, Технологии, Наука, Новые открытия, Изобретения