Vi skabte diamanter på få minutter uden varme ved at efterligne kraften ved en asteroide -kollision

I naturen, diamanter dannes dybt i jorden over milliarder af år. Denne proces kræver miljøer med usædvanligt højt tryk og temperaturer over 1, 000 ℃.

Vores internationale team har skabt to forskellige typer diamanter ved stuetemperatur - og på få minutter. Det er første gang, diamanter med succes er blevet produceret i et laboratorium uden ekstra varme.

Vores resultater offentliggøres i tidsskriftet Lille .

Der er mere end én form for diamant

Kulstofatomer kan binde sig sammen på en række måder for at danne forskellige materialer, herunder blød sort grafit og hård gennemsigtig diamant.

Der er mange velkendte former for kulstof med grafitlignende binding, herunder grafen, det tyndeste materiale, der nogensinde er målt. Men vidste du, at der også er mere end én type kulstofbaseret materiale med diamantlignende binding?

I en normal diamant, atomer er arrangeret i en kubisk krystallinsk struktur. Imidlertid, det er også muligt at arrangere disse carbonatomer, så de har en sekskantet krystalstruktur.

Denne anden form for diamant kaldes Lonsdaleite, opkaldt efter irsk krystallograf og stipendiat i Royal Society Kathleen Lonsdale, der studerede kulstofstrukturen ved hjælp af røntgenstråler.

Der er stor interesse for Lonsdaleite, da det forudsiges at være 58% hårdere end almindelig diamant-som allerede betragtes som det hårdeste naturligt forekommende materiale på Jorden.

Det blev først opdaget i naturen, på stedet for Canyon Diablo meteoritkrateret i Arizona. Små mængder af stoffet er siden blevet syntetiseret i laboratorier ved opvarmning og komprimering af grafit, ved hjælp af enten højtrykspresse eller sprængstof.

Vores forskning viser, at både Lonsdaleite og almindelig diamant kan dannes ved stuetemperatur i et laboratorium, ved blot at påføre højt tryk.

De mange måder at lave en diamant på

Diamanter er blevet syntetiseret i laboratorier siden helt tilbage i 1954. Derefter, Tracy Hall hos General Electric skabte dem ved hjælp af en proces, der efterlignede de naturlige forhold inden for jordskorpen, tilføjelse af metalliske katalysatorer for at fremskynde vækstprocessen.

Resultatet var højtryk, diamanter ved høj temperatur svarende til dem, der findes i naturen, men ofte mindre og mindre perfekt. Disse fremstilles stadig i dag, hovedsageligt til industrielle applikationer.

Den anden store metode til fremstilling af diamanter er via en kemisk gasproces, der bruger en lille diamant som et "frø" til at dyrke større diamanter. Temperaturer på omkring 800 ℃ er påkrævet. Selvom væksten er ret langsom, disse diamanter kan dyrkes store og relativt fejlfrie.

Naturen har givet antydninger til andre måder at danne diamant på, herunder under meteoriternes voldsomme påvirkning på Jorden, såvel som i processer som højhastigheds-asteroide-kollisioner i vores solsystem-hvilket skaber det, vi kalder "udenjordiske diamanter".

Forskere har forsøgt at forstå præcis, hvordan påvirkning eller udenjordiske diamanter dannes. Der er nogle tegn på, at ud over høje temperaturer og tryk, glidekræfter (også kendt som "forskydningskræfter") kunne spille en vigtig rolle i udløsningen af ​​deres dannelse.

Et objekt, der påvirkes af forskydningskræfter, skubbes i en retning øverst og den modsatte retning i bunden.

Et eksempel ville være at skubbe et kortspil til venstre øverst og til højre i bunden. Dette ville tvinge bunken til at glide og kortene til at sprede sig ud. Derfor, forskydningskræfter kaldes også "glidende" kræfter.

Fremstilling af diamanter ved stuetemperatur

Til vores arbejde, vi designede et eksperiment, hvor en lille chip af grafitlignende kul blev udsat for både ekstreme forskydningskræfter og høje tryk, at tilskynde til dannelse af diamant.

I modsætning til de fleste tidligere arbejder på denne front, ingen yderligere opvarmning blev påført carbonprøven under komprimering. Ved hjælp af avanceret elektronmikroskopi-en teknik, der bruges til at tage billeder i meget høj opløsning-viste den resulterende prøve sig at indeholde både almindelig diamant og Lonsdaleite.

I dette aldrig før sete arrangement, en tynd "flod" af diamant (cirka 200 gange mindre end et menneskehår) var omgivet af et "hav" af Lonsdaleite.

Konstruktionens arrangement minder om "forskydningsbånd" observeret i andre materialer, hvor et smalt område oplever intens, lokaliseret stamme. Dette tyder på, at forskydningskræfter var nøglen til dannelsen af ​​disse diamanter ved stuetemperatur.

Hårde nødder at knække

Evnen til at lave diamanter ved stuetemperatur, i løbet af få minutter, åbner mange produktionsmuligheder.

Specifikt, at gøre "hårdere end diamanten" Lonsdaleite på denne måde er spændende nyheder for brancher, hvor ekstremt hårde materialer er nødvendige. For eksempel, diamant bruges til at belægge bor og blade for at forlænge disse værktøjers levetid.

Den næste udfordring for os er at sænke det tryk, der kræves for at danne diamanterne.

I vores forskning, det laveste tryk ved stuetemperatur, hvor diamanter blev observeret at have dannet, var 80 gigapascal. Dette svarer til 640 afrikanske elefanter på spidsen af ​​en balletsko!

Hvis både diamant og Lonsdaleite kunne laves ved lavere tryk, vi kunne gøre mere ud af det, hurtigere og billigere.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.