Vědci v Číně úspěšně vytvořili první čisté vzorky šestihranného diamantu, dříve vzácné a teoretizované odrůdy diamantu, která by mohla překonat přírodní (kubický) diamant v tvrdosti a trvanlivosti. Tento úspěch představuje významný skok vpřed ve vědě o materiálech s potenciálními důsledky pro průmyslová odvětví od vrtacích a řezných nástrojů až po vysoce výkonnou elektroniku.
Věda za šestihranným diamantem
Po desetiletí vědci věděli, že diamanty jsou uspořádány do krychlové struktury, což z nich dělá nejtvrdší přírodní materiál. Mohsova stupnice tvrdosti, která měří odolnost proti poškrábání, používá jako horní vodítko diamant. Nicméně šestiúhelníkový diamant, teoretizovaný již v roce 1962, uspořádává atomy uhlíku do voštin. Tato struktura, známá jako lonsdalit, když byla nalezena v meteoritech, je údajně ještě silnější než její krychlový protějšek.
Hlavním problémem byla vždy izolace čistého šestihranného diamantu. Přírodní vzorky jsou téměř vždy smíchány s kubickým diamantem, grafitem a dalšími minerály, což znemožňuje přesné měření. Předchozí důkazy lonsdalitu v meteoritech, jako jsou ty nalezené v Canyon Diablo a Goalpara, byly kontroverzní, přičemž někteří vědci se ptali, zda předchozí detekce nebyly způsobeny vadnými krychlovými strukturami spíše než nepolapitelným šestiúhelníkovým tvarem.
Řízená syntéza: Průlom
Nová studie publikovaná v Nature 4. března tuto bariéru překonala syntetizací čistých vzorků šestiúhelníkových diamantů o průměru asi 1,5 milimetru. Pomocí extrémního tlaku (200 000krát vyššího než atmosférický tlak) a teplot v rozmezí 1 300 až 1 900 stupňů Celsia vědci stlačovali vysoce uspořádaný grafit po dobu deseti hodin. Výsledky potvrzují, že šestihranný diamant je houževnatější, tvrdší a odolný vůči oxidaci než krychlový diamant.
Tato odolnost proti oxidaci je obzvláště důležitá: znamená to, že materiál snese vyšší teploty bez degradace, takže je ideální pro aplikace v extrémních podmínkách. Strukturální a spektroskopické analýzy týmu v kombinaci s modelováním přesvědčivě stanoví identitu syntetizovaného materiálu.
Důsledky a budoucí aplikace
Důsledky tohoto průlomu jdou daleko za teoretickou zvědavost. Dostupnost čistého šestihranného diamantu otevírá příležitosti pro vylepšení stávajících technologií, které jsou založeny na diamantu, včetně:
- Nástroje pro řezání a vrtání: Zvýšená odolnost a tvrdost může vést k účinnějším nástrojům.
- Odvod tepla: Díky vynikající tepelné odolnosti je cenný při rozptylování tepla z elektroniky.
- Quantum Sensing: Jedinečné vlastnosti mohou umožnit vytvoření pokročilých senzorů.
Výzkum také poskytuje „praktickou strategii pro výrobu šestiúhelníkového diamantu ve velkých objemech“, což potenciálně připravuje cestu pro široké průmyslové využití. Studium lonsdalitu v meteoritech může navíc poskytnout cenná vodítka o vzniku a původu těchto vesmírných hornin, což vrhá světlo na ranou sluneční soustavu.
„Tato studie poskytuje silný důkaz, že šestiúhelníkový diamant je skutečný materiál a otevírá cestu k větším vzorkům, dalšímu vědeckému výzkumu a průmyslovým aplikacím, které již nejsou omezeny tvrdostí kubického diamantu,“ říká Chun-Hsin Shan, spoluřešitel studie.
Tato syntéza potvrzuje desítky let starou hypotézu a otevírá novou hranici ve vědě o materiálech a slibuje budoucnost, kde šestihranný diamant nově definuje hranice tvrdosti a trvanlivosti.
