Synteza lonsdaleitu w chińskim laboratorium
Zespół z Centrum Zaawansowanych Badań Naukowych i Technologicznych Wysokich Ciśnień oraz Instytutu Optyki i Mechaniki Precyzyjnej w Xi’an dokonał czegoś niezwykłego. Jego członkowie stworzyli heksagonalne diamenty o rozmiarach od 100 mikrometrów do milimetra, dostarczając pierwszy namacalny dowód istnienia tej formy węgla. Kluczem okazało się zastosowanie monokrystalicznego grafitu o wyjątkowej czystości. Co ciekawe, wcześniejsze próby zawodziły właśnie przez zanieczyszczenia w materiale wyjściowym. W odróżnieniu od wcześniej ogłaszanych przełomów w tym zakresie, tym razem faktycznie udało się uzyskać czyste struktury heksagonalne. Heksagonalny diament po raz pierwszy zaobserwowano w meteorycie Canyon Diablo, który uderzył w Arizonę około 49 tysięcy lat temu. Nazwę zawdzięcza Kathleen Lonsdale, pionierce krystalografii. Podczas gdy tradycyjny diament ma strukturę sześcienną, atomy w lonsdaleicie układają się w charakterystyczny wzór heksagonalny, przypominający plaster miodu. Teoretycznie taka konfiguracja miała zapewniać nawet o 60% większą twardość.
Chińczycy opracowali metodę łączącą precyzyjną kontrolę ciśnienia i temperatury z monitorowaniem w czasie rzeczywistym. Technika polegała na kompresji i podgrzewaniu wysokiej jakości kryształów grafitu, co pozwalało na bieżące korygowanie parametrów. Owocem tych działań są kryształy o niemal idealnej strukturze heksagonalnej z minimalnymi domieszkami tradycyjnej odmiany. Mimo teoretycznych zapowiedzi, rzeczywistość przyniosła niespodziankę. Faktyczna twardość okazała się tylko nieznacznie wyższa od konwencjonalnego diamentu. Mówimy więc o ważnej i niezbyt pocieszającej korekcie wcześniejszych optymistycznych szacunków. Naukowcy zauważyli jednak interesujące zjawisko: skrócone wiązania międzywarstwowe, które mogą wpływać na stabilność całej struktury.
Co dalej z heksagonalnym diamentem?
Choć wzrost twardości nie oszałamia, utworzony w chińskim laboratorium materiał wykazuje doskonałą odporność termiczną. To otwiera możliwości zastosowań w precyzyjnych narzędziach tnących oraz powłokach antyzużyciowych. Szczególnie intrygująco rysuje się wykorzystanie w zaawansowanej elektronice, gdzie świetne przewodnictwo cieplne i odporność na ekstremalne warunki mają kluczowe znaczenie. Jeden z autorów badań w tej sprawie, Ho-kwang Mao, wyjaśnia, że ten zsyntetyzowany przez jego współpracowników heksagonalny diament utoruje nowe drogi do rozwoju supertwardych materiałów i wysokiej klasy urządzeń elektronicznych.
Czytaj też: Superburza przeszła do historii meteorologii. Jej rozmiar przekroczył wszystkie dotychczasowe pomiary
Droga do komercjalizacji wciąż wydaje się długa. Naukowcy wskazują, że dalsze udoskonalanie czystości grafitu oraz precyzji całego procesu może poprawić właściwości materiału. Zamykając sześćdziesięcioletni rozdział naukowych sporów, chiński zespół faktycznie otworzył nowe możliwości. I nawet jeśli dotychczasowe sukcesy nie muszą gwarantować praktycznego ich stosowania, to perspektywy są kuszące. Kto by się spodziewał, że meteoryty mogą dostarczyć badaczom inspiracji w tak nieoczywistej dziedzinie?