物理學(xué)家創(chuàng)造的實(shí)驗(yàn)室合成鉆石比天然鉆石更難

不過，鉆石是地球上最堅(jiān)硬的天然材料合成形式已經(jīng)開發(fā)出更加堅(jiān)韌的鉆石 - 研究人員通過一種新的鉆石形成方法再次實(shí)現(xiàn)了這一壯舉。

該團(tuán)隊(duì)將石墨（另一種超硬材料）置于極大壓力下，然后將其加熱到 1,800 K（即 1,527 °C 或 2,780 °F）。所得鉆石具有六邊形晶格晶體結(jié)構(gòu)，而不是正常的立方結(jié)構(gòu)。

六邊形鉆石（或朗斯代爾石）首先引起了科學(xué)家的注意50 多年前，在隕石撞擊地點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)后。這項(xiàng)新研究是第一個(gè)確鑿的證據(jù)，證明這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以提高硬度。

“天然和合成鉆石大多具有立方晶格，而一種罕見的六邊形結(jié)構(gòu)——被稱為六邊形鉆石 （HD）——由于獲得的大多數(shù)樣品純度低且尺寸極小，在很大程度上尚未被探索?！?a>寫研究人員在他們發(fā)表的論文中。

“HD的綜合仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，甚至它的存在仍然存在爭(zhēng)議。”

新生產(chǎn)的鉆石的硬度為 155 吉帕 （GPa），這本質(zhì)上是一種壓力測(cè)量：材料可以承受的壓力。天然金剛石相比之下，其硬度最高約為 110 GPa。

熱穩(wěn)定性也令人印象深刻。研究人員報(bào)告說，合成六邊形金剛石可以在至少 1,100 °C （2,012 °F） 的溫度下保持完整，而工業(yè)應(yīng)用中經(jīng)常使用的納米金剛石可以在 900 °C （1,652 °F） 下保持完整。天然鉆石可以承受更高的溫度，但僅在真空中.

除了克服研究人員以前在合成六邊形金剛石時(shí)遇到的一些限制外，該團(tuán)隊(duì)還能夠確定未來可以擴(kuò)大該工藝規(guī)模的方法。

“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石墨被壓縮到更高的壓力時(shí)——這在以前很少被探索過——當(dāng)在壓力下加熱時(shí)，六邊形金剛石優(yōu)先由石墨后相形成，”寫研究人員。

在大規(guī)模生產(chǎn)這種鉆石之前，還有很多工作要做，但第一批鉆石的硬度和熱穩(wěn)定性讀數(shù)表明，這種材料有望用于鉆孔、機(jī)械或數(shù)據(jù)存儲(chǔ).

這不是科學(xué)家們第一次嘗試在實(shí)驗(yàn)室中制造六邊形晶格鉆石。上一個(gè)2016 年實(shí)施的項(xiàng)目這些鉆石由無定形碳制成，這是一種沒有固定形狀的材料。

現(xiàn)在，另一種合成方法已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，并被證明可以制造出超硬的金剛石材料，因此可以繼續(xù)研究如何充分利用這種稀有物質(zhì)。

“我們的發(fā)現(xiàn)為在高壓和高溫下石墨到金剛石的轉(zhuǎn)化提供了寶貴的見解，為這種獨(dú)特材料的制造和應(yīng)用提供了機(jī)會(huì)，”寫研究人員。

該研究已發(fā)表在自然材料.

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