A kínai tudósok sikeresen szintetizálták a hatszögletű gyémántot 100 mikrométer méretű

Közel tíz éves folyamatos kutatás után a pekingi nagyfeszültségű tudományos kutatóközpont és a Xi'an Optikai és Finom Mechanikai Intézet, a Kínai Tudományos Akadémia nemzetközi kutatócsoportja jelentős áttörést tett. A kutatók sikeresen átalakították a kiváló minőségű grafit egy kristály prekurzort hatszögletű gyémántmá mikrométer szinten, és ezt az eredményt a Nemzetközi Hiteles Nature folyóiratban közzétették a 30. napon.

 

Hatszögletű gyémánt A köbös gyémánthoz hasonló mechanikai tulajdonságokat mutat. Ellentétben a köbös gyémántoktól, csak egyetlen szén -dioxid -kötéshosszúsággal, a hatszögletű gyémántok két különböző kötési hossz -eloszlási tulajdonságot mutatnak. Úgy tűnik, hogy a rétegek közötti távolság jelentősen lerövidül, és ez a szénatomok egyedülálló halmozási módszere hatékonyan képes leküzdeni a kubai gyémánt sűrű halmozási felületén csúszás velejáró gyengeségét.

 

A hatszögletű gyémánt szintézise mindig is komoly kihívás volt a tudományos közösségben. Már 1967 -ben az amerikai tudósok először fedezték fel ezt a ritka "Super Diamond" -ot egy meteorit -kráterben, amely hatszögletű kristályszerkezete miatt nagy figyelmet fordított. A hatszögletű gyémántok képződési körülményei azonban rendkívül szigorúak, és korábban csak a nanoméretű meteoritokkal tudtak együtt létezni.

 

A kutatócsoport innovatív módon kidolgozott egy magas hőmérsékleti és nagynyomású kísérleti tervet. A tudósok in situ kutatásokat végeztek a grafit szerkezeti változásairól ultra nagy nyomás és magas hőmérsékleti körülmények között lézeres fűtött gyémánt üllő technológiával. A kísérletek azt mutatták, hogy a grafit "utáni grafitfázisú" nagynyomású szerkezetet képez a nagynyomású tartományban, majd a hatszögletű gyémánt sikeresen a helyi fűtés útján kapható.

 

Ugyanakkor a kutatócsoport kombinálta a nagyméretű molekuláris dinamikai elméleti szimulációkat, hogy felfedje a grafitréteg-egymásra rakási konfiguráció kritikus szerepét a hatszögletű gyémántszerkezetek kialakításában. Ez a felfedezés megerősíti a grafit új útját, hogy hatszögletű gyémánt képződjön a grafit utáni szakaszon keresztül, új technológiai útmutatásokat nyitva a szuperfolt anyagok elkészítéséhez.

 

A kísérleti adatok azt mutatják, hogy a szintetizált hatszögletű gyémánt keménysége akár 155 gPa is, ami több mint 40%-kal meghaladja a természetes gyémántot. Vákuum környezetben hőstabilitása elérheti az 1100 fokot, ami lényegesen jobb, mint a nanodiamondók 900 fokos teljesítménye. Ezek a kiváló fizikai tulajdonságok miatt a hatszögletű gyémánt nagy potenciállal rendelkezik az ipari alkalmazásokban.

 

Ez a szisztematikus tanulmány véget vet a hatszögletű gyémántok makroszkopikus létezésével kapcsolatos több mint 60 éves tudományos vitának. A kutatási eredmények nemcsak határozott bizonyítékokat szolgáltatnak a hatszögletű gyémánt független létezésére, hanem szilárd alapot teremtenek annak fejlesztéséhez, mint a nagy teljesítményű funkcionális anyagok új generációja. Ez az áttörés várhatóan a technológiai innovációt ösztönzi a szuperharmat anyagok területén, és új lendületet injektál a kapcsolódó iparágak fejlesztéséhez.

 

Mi az aHatszögletű gyémánt?

A hatszögletű gyémánt (HD), más néven Lonsdaleite, egy hatszögletű szén allotrópja, amelyben minden szénatom SP³-hibridizált és négy szomszédhoz kötve van tetraéder, háromdimenziós kovalens keretrendszert képezve. Először 1962 -ben jósolták meg, és 1967 -ben azonosították a Canyon Diablo (Arizona) meteoritikus anyagában, amelyet Kathleen Lonsdale kristálylográfusnak neveztek el. Évtizedek óta csak nanoméretű fragmensek vagy rendezetlenek közötti fragmentumok álltak rendelkezésre, tehát annak megkülönböztetett fázisának és belső tulajdonságainak létezése ellentmondásos maradt. 2025-ben egy Ho-Kwang (Dave) Mao vezetésével egy csapat, a High Prepressive Tudományos és Technológiai Központban, a fejlett kutatás milliméter méretű, nagyon rendezett egyfázisú lonsdaleite-t szintetizált, kiváló minőségű grafit egykristályok tömörítésével és fűtésével ellenőrzött kvázi-hidrosztatikus nyomások alatt. Az elektronmikroszkópia feltárta a grafit (1010) közvetlen átalakulását HD (0002) és grafit (0002) -ré HD -ként (1010). A kapott minták szinte tiszta lonsdaleit, csak nyomkövető köbös-gyémánt hibákkal, és keménységgel mutatnak, kissé meghaladják a köbös gyémántot.

 

Miben különbözik a Lonsdaleite a köbös gyémánttól?

A Lonsdaleite (hatszögletű gyémánt) négy kulcsfontosságú módon különbözik a köbös gyémánttól:

1 kristály szimmetria és egymásra rakás
• Lonsdaleite: hatszögletű rács, p6₃/mmc űrcsoport; Az SP³-kötött szénrétegeket AB-AB szekvenciába rakják a C-tengely mentén.
• köbös gyémánt: arc-központú kölykök, FD-3M űrcsoport; A rétegek egy ABC-ABC sorozatot követnek.

 

2 rácsparaméter
• Lonsdaleite: A ≈ 2,51 Å, c ≈ 4,12 Å.
• köbös gyémánt: a=3.5668 Å.

 

3 A stabilitás és az energia
• A Lonsdaleite ~ 0,025 eV / atom, energiában nagyobb, mint a köbös gyémánt, ami metastabil.

 

4 mechanikai tulajdonság
• Az elmélet és a legutóbbi MM-skála egykristályos szintézisek azt mutatják, hogy a Lonsdaleite kissé nehezebb (behúzási rezisztencia ~ 152 GPA, 58 %

nehezebb a {0001} síkon vs gyémánt {111}).
• A köbös gyémánt továbbra is a keménység (MOHS 10) referenciaértéke, és ömlesztettebb formában könnyebben szintetizálódik.

 

Következésképpen a Lonsdaleite hatszögletű halmozása és kissé hosszabb kötési geometria kissé jobb elméleti keménységet ad neki, míg a köbös gyémánt nagyobb termodinamikai stabilitást és könnyű termelést kínál.