Алмаз добре відомий як найтвердіший природний матеріал на Землі, хоча синтетичні його форми виявилися ще міцнішими. Дослідникам вдалося знову досягти цього, використовуючи новий підхід до формування алмазів.
Команда піддала графіт (ще один надзвичайно твердий матеріал) надвисокому тиску, а потім нагріла його до 1800 K (це приблизно 1527 °C або 2780 °F). У результаті утворився алмаз з гексагональною кристалічною ґраткою, на відміну від звичайної кубічної структури.
Гексагональний алмаз (відомий також як лонсдейліт) привернув увагу вчених понад 50 років тому, коли його вперше виявили на місці падіння метеорита. Нове дослідження вперше надало переконливі докази того, що така внутрішня структура дійсно підвищує твердість матеріалу.
Детальний аналіз нового алмазу показав його підвищену твердість і термостійкість.
«Природні та синтетичні алмази здебільшого мають кубічну ґратку, тоді як рідкісна гексагональна структура — відома як гексагональний алмаз (HD) — залишалася майже невивченою через низьку чистоту та мікроскопічні розміри більшості зразків», — зазначають дослідники у своїй науковій статті.
Новостворений алмаз має твердість 155 гігапаскалів (ГПа), що є показником тиску, який матеріал здатний витримати. Для порівняння, природний алмаз має твердість близько 110 ГПа.
Також синтетичний гексагональний алмаз продемонстрував високу термостійкість — він залишається стабільним при температурах до 1100 °C (2012 °F), тоді як нанодіаманти, які використовують у промисловості, витримують лише до 900 °C (1652 °F). Природні алмази витримують ще вищі температури, але лише у вакуумі.
Окрім подолання труднощів, з якими стикалися при синтезі гексагональних алмазів раніше, дослідникам вдалося визначити шляхи масштабування цього процесу в майбутньому.
«Ми виявили, що при стисненні графіту до набагато вищого тиску, ніж зазвичай досліджували раніше, гексагональний алмаз утворюється переважно з пост-графітових фаз при нагріванні під тиском», — пишуть дослідники.
Попереду ще багато роботи, перш ніж цей тип алмазу можна буде виробляти в промислових масштабах, але його надзвичайна твердість і термостійкість роблять його перспективним для застосування у буровому обладнанні, виробництві механізмів та зберіганні даних.
Це не перша спроба створити гексагональні алмази в лабораторії. Раніше, у 2016 році, такі алмази отримували з аморфного вуглецю — матеріалу без чіткої структури.
Тепер, коли вдалося провести ще один успішний метод синтезу і створити надтвердий матеріал, дослідження продовжиться, щоб знайти способи максимально ефективно використовувати цей рідкісний матеріал.
«Наші результати дають цінну інформацію про перетворення графіту в алмаз під дією підвищеного тиску та температури, відкриваючи нові можливості для виготовлення та застосування цього унікального матеріалу», — зазначають автори дослідження.
Дослідження опубліковане в журналі Nature Materials.