Алмаз 2.0: синтетический минерал, который превзошел природу

Алмаз широко признан как наиболее прочный природный минерал на планете, хотя ученые разработали искусственные разновидности, превосходящие его по прочности. Этот успех был достигнут вновь благодаря инновационному методу создания алмаза.

Группа исследователей подвергла графит, отличающийся высокой твердостью, значительному сжатию, а затем нагрела его до температуры 1800 К, что эквивалентно 1527 °C или 2780 °F. В результате получился алмаз с гексагональной кристаллической решеткой, отличающейся от традиционной кубической структуры.

Гексагональный алмаз, также известный как лонсдейлит, впервые заинтересовал научное сообщество более полувека назад, когда его обнаружили в месте падения метеорита. Новое исследование предоставило убедительные доказательства того, что такая внутренняя структура обеспечивает повышенную прочность.

Согласно авторам научной публикации, большинство природных и искусственных алмазов обладают кубической решеткой, тогда как редкая гексагональная форма, именуемая гексагональным алмазом (HD), остается малоизученной из-за недостаточной чистоты и миниатюрных размеров большинства образцов.

Исследователи отметили, что создание гексагонального алмаза остается сложной задачей, а само его существование до сих пор вызывает споры в научных кругах.

Прочность нового алмаза достигает 155 гигапаскалей (ГПа), что представляет собой показатель давления, которое материал способен выдержать. Для сравнения, максимальная прочность природного алмаза составляет около 110 ГПа.

Не менее впечатляющей оказалась и термическая устойчивость. Искусственный гексагональный алмаз сохраняет свои свойства при температурах до 1100 °C (2012 °F), в то время как наноалмазы, часто применяемые в промышленности, выдерживают лишь до 900 °C (1652 °F). Природный алмаз способен переносить более высокие температуры, но только в условиях вакуума.

Помимо преодоления ряда препятствий, с которыми ученые сталкивались ранее при создании гексагонального алмаза, команда разработала подходы к увеличению масштабов производства в будущем.

Исследователи установили, что при сжатии графита до экстремально высоких давлений, которые ранее изучались лишь эпизодически, гексагональный алмаз преимущественно образуется из фаз, следующих за графитом, при нагреве под давлением.

Хотя для массового производства этого типа алмаза предстоит еще многое сделать, показатели прочности и термической устойчивости первых образцов указывают на его перспективность для применения в бурении, машиностроении или технологиях хранения информации.

Это не первая попытка ученых синтезировать алмазы с гексагональной решеткой в лабораторных условиях. В 2016 году в рамках другого проекта такие алмазы были получены из аморфного углерода — вещества, не имеющего четкой структуры.

Теперь, когда в лаборатории был успешно реализован еще один способ синтеза, доказавший способность создавать сверхпрочный алмазный материал, ученые могут продолжить изучение путей наиболее эффективного использования этого редкого вещества.

Авторы исследования подчеркнули, что их выводы предоставляют важные данные о превращении графита в алмаз при высоких давлениях и температурах, что открывает новые перспективы для производства и применения этого уникального материала.

Уточнения

Кристалли́ческая решётка — вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла. Решётка имеет сходство с канвой или сеткой, что даёт основание называть точки решётки узлами.