Oamenii de știință chinezi au sintetizat cu succes diamantul hexagonal cu o dimensiune de 100 de micrometri

După aproape zece ani de cercetare continuă, echipa internațională de cercetare a Centrului de cercetare științifică de înaltă tensiune din Beijing și Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, a făcut o descoperire majoră. Cercetătorii au transformat cu succes precursorul de cristal de înaltă calitate de înaltă calitate în diamant hexagonal la nivelul micrometrului, iar această realizare a fost publicată în revista autoritară la nivel internațional Nature pe 30.

 

Diamant hexagonal prezintă proprietăți mecanice comparabile cu diamantul cubic. Spre deosebire de diamantele cubice cu o singură lungime a legăturii de carbon de carbon, diamantele hexagonale prezintă două caracteristici diferite de distribuție a lungimii legăturii. Se raportează că distanțarea intermediară este scurtată semnificativ și această metodă unică de stivuire a atomilor de carbon poate depăși eficient slăbiciunea inerentă a alunecării pe suprafața de stivuire densă a diamantului cubic.

 

Sinteza diamantului hexagonal a fost întotdeauna o provocare majoră în comunitatea științifică. Încă din 1967, oamenii de știință americani au descoperit pentru prima dată acest „super diamant” rar într -un crater meteorit, care a atras multă atenție datorită structurii sale de cristal hexagonal. Cu toate acestea, condițiile de formare a diamantelor hexagonale sunt extrem de stricte, iar anterior nu puteau coexista doar cu meteoriți la nano -scală.

 

Echipa de cercetare a conceput inovativ un plan experimental de înaltă temperatură și de înaltă presiune. Oamenii de știință au efectuat cercetări in situ asupra modificărilor structurale ale grafitului în condiții de presiune ultra-înaltă și de temperatură ridicată, folosind tehnologia de nicovală cu diamant încălzit cu laser. Experimentele au descoperit că grafitul formează o structură de înaltă presiune „fază post-grafit” în intervalul de înaltă presiune, iar apoi diamantul hexagonal este obținut cu succes prin încălzirea locală.

 

În același timp, echipa de cercetare a combinat simulări de teorie a dinamicii moleculare pe scară largă pentru a dezvălui rolul crucial al configurației stivuirii straturilor de grafit în formarea structurilor de diamante hexagonale. Această descoperire confirmă o nouă cale pentru grafit pentru a forma diamant hexagonal prin faza de grafit post, deschizând noi direcții tehnologice pentru pregătirea materialelor de superhard.

 

Datele experimentale arată că diamantul hexagonal sintetizat are o duritate de până la 155GPA, depășind diamantul natural cu mai mult de 40%. Într -un mediu în vid, stabilitatea sa termică poate atinge 1100 de grade, ceea ce este semnificativ mai bun decât performanța de 900 de grade a nanodiamondurilor. Aceste proprietăți fizice excelente fac ca diamantul hexagonal să prezinte un potențial mare în aplicațiile industriale.

 

Acest studiu sistematic a pus capăt a peste 60 de ani de controverse academice cu privire la existența macroscopică a diamantelor hexagonale. Rezultatele cercetării nu numai că oferă dovezi puternice pentru existența independentă a diamantului hexagonal, dar, de asemenea, au pus o bază solidă pentru dezvoltarea sa ca o nouă generație de materiale funcționale de înaltă performanță. Această descoperire este de așteptat să creeze inovația tehnologică în domeniul materialelor superhard și să injecteze un nou impuls în dezvoltarea industriilor conexe.

 

Ce esteDiamant hexagonal?

Diamantul hexagonal (HD), numit și Lonsdaleite, este un alotrop hexagonal de carbon în care fiecare atom de carbon este sp³-hibridizat și tetrahedral legat de patru vecini, formând un cadru covalent tridimensional. Prezisă pentru prima dată în 1962 și identificată în 1967 în material meteoritic din Canyon Diablo (Arizona), a fost numit după cristalograful Kathleen Lonsdale. Timp de zeci de ani, au fost disponibile doar fragmente de nano -scală sau interglowth -uri dezordonate, astfel încât existența sa ca o fază distinctă și proprietățile sale intrinseci au rămas controversate. În 2025, o echipă condusă de prof. Ho-Kwang (Dave) Mao la Centrul pentru Știință și Tehnologie de înaltă presiune Cercetări avansate Cercetări sintetizate de o monofazare, de dimensiuni milimetri, de înaltă fază, de înaltă calitate, prin comprimarea și încălzirea cristalelor unice de înaltă calitate, sub presiuni cvasi-hidrostatice controlate. Microscopia electronică a evidențiat conversia directă a grafitului (1010) în HD (0002) și grafit (0002) în HD (1010). Eșantioanele rezultate sunt aproape pură Lonsdaleite, cu doar defecte cubice-diamante și prezintă o duritate care o depășește ușor pe cea a diamantului cubic.

 

Cum este diferit Lonsdaleite de Cubic Diamond?

Lonsdaleite (diamant hexagonal) diferă de diamantul cubic în patru moduri cheie:

1 simetrie cristalină și stivuire
• Lonsdaleite: zăbrele hexagonale, grupul spațial P6₃/MMC; Straturile de carbon legate de SP³ sunt stivuite într-o secvență AB-AB de-a lungul axei C.
• Diamant cubic: zăbrele centrate pe față, grupă spațială FD-3m; Straturile urmează o secvență ABC-ABC.

 

2 Parametri de zăpadă
• Lonsdaleite: A ≈ 2,51 Å, C ≈ 4,12 Å.
• Diamond Cubic: A=3.5668 Å.

 

3 stabilitate și energie
• Lonsdaleite este ~ 0,025 eV pe atom mai mare în energie decât diamantul cubic, ceea ce îl face metastabil.

 

4 proprietăți mecanice
• Teoria și sintezele recente ale unei singure cristale la scară MM indică faptul că lonsdaleite este puțin mai greu (rezistență la indentare ~ 152 GPa, 58 %

mai greu pe planul {0001} vs diamant {111}).
• Diamantul cubic rămâne punctul de referință pentru duritate (MOHS 10) și este mai ușor sintetizat în formă în vrac.

 

În consecință, stivuirea hexagonală a lui Lonsdaleite și geometria legăturii puțin mai lungi îi conferă o duritate teoretică marginal superioară, în timp ce Cubic Diamond oferă o stabilitate termodinamică mai mare și o ușurință de producție.