Китайските учени успешно синтезират шестоъгълен диамант със размер 100 микрометра

След близо десет години непрекъснати изследвания, Международният изследователски екип на Пекин с високо напрежение научно изследователски център и Сианския институт по оптика и фина механика, Китайската академия на науките, направи голям пробив. Изследователите успешно превърнаха висококачествен графитен единичен кристален прекурсор в шестоъгълен диамант на ниво микрометър и това постижение беше публикувано в международния авторитетен журнал Nature на 30-ти.

 

Шестоъгълен диамант Излага механични свойства, сравними с кубичния диамант. За разлика от кубичните диаманти само с една дължина на въглеродна въглеродна връзка, шестоъгълните диаманти показват две различни характеристики на разпределение на дължината на връзката. Съобщава се, че разстоянието между слой е значително съкратено и този уникален метод за подреждане на въглеродни атоми може ефективно да преодолее присъщата слабост на плъзгането върху плътната повърхност на подреждане на кубичен диамант.

 

Синтезът на шестоъгълния диамант винаги е бил основно предизвикателство в научната общност. Още през 1967 г. американските учени за първи път откриха този рядък „супер диамант“ в метеорит кратер, който привлече много внимание поради нейната шестоъгълна кристална структура. Въпреки това, условията на образуване на шестоъгълни диаманти са изключително строги и преди това те могат да съществуват само с метеорити на наноразмер.

 

Изследователският екип разработи иновативно експериментален план за високотемпература и високо налягане. Учените са провеждали in-situ изследвания на структурните промени на графита при ултра високо налягане и високотемпературни условия, използвайки лазерно отопляемо диамантена технология на наковалнята. Експериментите са установили, че графитът образува структура с високо налягане „пост графитна фаза“ в обхвата на високо налягане, а след това шестоъгълният диамант се получава успешно чрез локално отопление.

 

В същото време изследователският екип комбинира мащабни симулации на теория на молекулярната динамика, за да разкрие решаващата роля на конфигурацията на графитния слой при образуването на шестоъгълни диамантени структури. Това откритие потвърждава нов път за Graphite, за да образува шестоъгълен диамант през фазата след графита, отваряйки нови технологични указания за приготвяне на свръххардни материали.

 

Експерименталните данни показват, че синтезираният шестоъгълен диамант има твърдост до 155GPa, надвишаващ естествения диамант с повече от 40%. Във вакуумна среда неговата термична стабилност може да достигне 1100 градуса, което е значително по -добро от ефективността на 900 градуса на Nanodiamonds. Тези отлични физически свойства правят шестоъгълния диамант проявяват голям потенциал в индустриалните приложения.

 

Това систематично проучване сложи край на над 60 години академични спорове относно макроскопското съществуване на шестоъгълни диаманти. Резултатите от изследванията дават не само силни доказателства за независимото съществуване на шестоъгълен диамант, но и поставят солидна основа за неговото развитие като ново поколение високоефективни функционални материали. Очаква се този пробив да доведе до технологични иновации в областта на свръхзрящите материали и да инжектира нов тласък в разработването на свързани индустрии.

 

Какво еШестоъгълен диамант?

Шестоъгълен диамант (HD), наричан още Lonsdaleite, е шестоъгълен алотроп на въглерод, при който всеки въглероден атом е Sp³-хибридизиран и тетраедрично свързан към четири съседи, образувайки триизмерна ковалентна рамка. За първи път прогнозирана през 1962 г. и идентифицирана през 1967 г. в метеоритни материали от Canyon Diablo (Аризона), той е кръстен на кристалографа Катлийн Лонсдейл. В продължение на десетилетия са налични само наноразмерни фрагменти или нарушени междурастения, така че съществуването му като отделна фаза и нейните присъщи свойства остават противоречиви. През 2025 г. екип, ръководен от проф. Хо-Куван (Дейв) Мао в Центъра за наука за наука и технологии с високо налягане, да се синтезира с много подредени еднофазни еднофазни Lonsdaleite чрез компресиране и нагряване на висококачествени графитни единични кристали под контролиран квази-хидростатичен натиск. Електронната микроскопия разкрива директна преобразуване на графит (1010) в HD (0002) и графит (0002) в HD (1010). Получените проби са почти чисти lonsdaleite само с дефекти на следи кубичен диамант и проявяват твърдост, леко надвишаваща тази на кубичния диамант.

 

По какво се различава Lonsdaleite от кубичния диамант?

Lonsdaleite (шестоъгълен диамант) се различава от кубичния диамант по четири ключови начина:

1 Кристална симетрия и подреждане
• Lonsdaleite: шестоъгълна решетка, космическа група P6₃/MMC; Въглеродните слоеве SP³ са подредени в AB-AB последователност по протежение на c-ос.
• Кубичен диамант: центрирана с лице-кубична решетка, космическа група FD-3M; Слоевете следват ABC-ABC последователност.

 

2 параметри на решетката
• Lonsdaleite: A ≈ 2,51 Å, c ≈ 4.12 Å.
• Кубичен диамант: a=3.5668 Å.

 

3 стабилност и енергия
• Lonsdaleite е ~ 0,025 eV на атом, по -висок в енергията от кубичния диамант, което го прави метастабил.

 

4 Механични свойства
• Теория и скорошни MM-мащабни еднокристални синтези показват, че Lonsdaleite е малко по-труден (устойчивост на вдлъбнатина ~ 152 GPA, 58 %

по -трудно на {0001} равнината срещу диамант {111}).
• Кубичният диамант остава еталонът за твърдост (MOHS 10) и е по -лесно синтезиран в насипна форма.

 

Следователно шестоъгълното подреждане на Lonsdaleite и малко по -дългата геометрия на връзката му придава незначително превъзходна теоретична твърдост, докато кубичният диамант предлага по -голяма термодинамична стабилност и лекота на производство.