Lab-fremstillede sekskantede diamanter stivere end naturlige diamanter

Naturens stærkeste materiale har nu en hård konkurrence. For første gang, forskere har hårde beviser for, at menneskeskabte sekskantede diamanter er stivere end de almindelige kubiske diamanter, der findes i naturen og ofte bruges i smykker.

Opkaldt efter deres sekssidede krystalstruktur, sekskantede diamanter er blevet fundet på nogle meteoritnedslagssteder, og andre er blevet lavet kort i laboratorier, men disse var enten for små eller havde for kort tilværelse til at kunne måles.

Nu har forskere ved Washington State University's Institute for Shock Physics skabt sekskantede diamanter, der er store nok til at måle deres stivhed ved hjælp af lydbølger. Deres resultater er beskrevet detaljeret i et nyligt papir i Fysisk gennemgang B.

"Diamant er et meget unikt materiale, " sagde Yogendra Gupta, direktør for Institut for Shock Physics og tilsvarende forfatter på undersøgelsen. "Det er ikke kun det stærkeste - det har smukke optiske egenskaber og en meget høj varmeledningsevne. Nu har vi lavet den sekskantede form af diamant, produceret under stødkompressionseksperimenter, der er betydeligt stivere og stærkere end almindelige ædelstensdiamanter."

Forskere har længe ønsket at skabe et materiale, der er stærkere end naturlige diamanter, som kunne have mange forskellige anvendelser i industrien. Mens mange teoretiserede, at sekskantede diamanter ville være stærkere, WSU-undersøgelsen giver det første eksperimentelle bevis på, at de er det.

Hovedforfatter Travis Volz, nu post-doc forsker ved Lawrence Livermore National Laboratory, fokuserede sit afhandlingsarbejde ved WSU på skabelsen af ​​sekskantede diamanter fra grafit. Til denne undersøgelse, Volz og Gupta brugte krudt og komprimeret gas til at drive små grafitskiver på størrelse med en skilling med en hastighed på omkring 15, 000 miles i timen på et gennemsigtigt materiale. Nedslaget frembragte chokbølger i skiverne, der meget hurtigt forvandlede dem til sekskantede diamanter.

Umiddelbart efter stødet producerede forskerne en lille lydbølge og brugte lasere til at måle dens bevægelse gennem diamanten. Lyden bevæger sig hurtigere gennem stivere materiale. Tidligere bevægede lyden sig hurtigst gennem kubisk diamant; i de laboratorieskabte sekskantede diamanter bevægede det sig hurtigere.

Hver proces skete på flere milliardtedele af et sekund, eller nanosekunder, men forskerne var i stand til at foretage stivhedsmålingerne, før den højhastighedspåvirkning ødelagde diamanten.

Stivhed er et materiales evne til at modstå deformation under en kraft eller tryk - f.eks. en sten er stivere end gummi, da gummi vil bøje, når det presses. Hårdhed er modstanden mod ridser eller andre overfladedeformationer.

Generelt er stivere materialer også hårdere, sagde Volz. Mens forskerne ikke var i stand til at ridse diamanterne for at teste hårdheden direkte, ved at måle diamanternes stivhed, de kan drage slutninger om deres hårdhed.

Hvis videnskaben går videre til det punkt, hvor laboratoriefremstillede sekskantede diamanter kan skabes og genvindes, de kunne have en række anvendelsesmuligheder.

"Hårde materialer er nyttige til bearbejdning, " sagde Volz. "Diamant har været brugt i lang tid i bor, for eksempel. Da vi fandt ud af, at den sekskantede diamant sandsynligvis er hårdere end den kubiske diamant, det kunne være et overlegent alternativ til bearbejdning, boring eller enhver form for anvendelse, hvor den kubiske diamant bruges."

Mens de industrielle fordele er klare, Gupta sagde, at det stadig er muligt, at sekskantede diamanter en dag kan blive brugt på forlovelsesringe. I øjeblikket har laboratoriefremstillede kubiske diamanter mindre værdi sammenlignet med deres naturlige jævnaldrende, men sekskantede diamanter ville sandsynligvis være mere nye.

"Hvis vi en dag kan producere dem og polere dem, Jeg tror, ​​de ville være mere efterspurgte end kubiske diamanter, " sagde Gupta. "Hvis nogen sagde til dig, 'se, Jeg vil give dig valget mellem to diamanter:den ene er meget mere sjælden end den anden.' Hvilken en ville du vælge?"