Ученые разработали новые, еще более прочные гексагональные алмазы.
Алмазы ценятся по всему миру и в различных отраслях по разным причинам. Ювелирам важен блеск и чистота, тогда как инженеры и стоматологи ищут твердость. Алмазы обладают высокой твердостью, получая оценку 10 из 10 по шкале относительной твердости минералов, известной как шкала Мооса. Остальные минералы могут быть поцарапаны и разрезаны алмазами. Бриллиантовые серьги способны оставить царапины на сапфировых стеклах телефонов, а алмазные резаки эффективно обрабатывают стекло.
Востребованность искусственных алмазов возросла благодаря их высокой твердости и широкому промышленному применению. Сверла и буры с алмазной крошкой успешно обрабатывают такие материалы, как керамика, зубы, металл и горные породы. Ученые разработали несколько методик для выращивания синтетических алмазов, подходящих как для инженерных, так и для научных и ювелирных целей.
Большинство природных и синтетических алмазов имеют кубическую кристаллическую решетку. Исследователи пытались промышленно создавать более твердые алмазы с гексагональной решеткой, но получали образцы слишком маленького размера и низкого качества. Природные алмазы с гексагональной решеткой существуют; их находят в метеоритных кратерах и называют лондслеитом.
Международная группа ученых смогла создать условия, способствующие формированию гексагональных алмазов из графита, аллотропной формы углерода с гексагональной кристаллической решеткой. Они нагревали материал до температуры около 1500 градусов Цельсия в камере высокого давления. Исследователи установили, что при этих условиях графит может превращаться в синтетический алмаз с желаемой кристаллической решеткой. Работа опубликована в Nature Materials.
Созданный учеными алмаз размером в несколько миллиметров продемонстрировал твердость 155 гигапаскалей и сохранил термическую стабильность до 1100 градусов Цельсия. Природные алмазы обычно имеют твердость от 70 до 100 гигапаскалей и выдерживают температуры до 700 градусов Цельсия. При дальнейшем нагреве они либо преобразуются в графит в бескислородной среде, либо реагируют с кислородом, превращаясь в углекислый газ — CO2.
Исследователи отмечают, что алмазы, созданные по их технологии, вряд ли найдут применение у ювелиров. Повышенная твердость оценится в бурении и обработке материалов, а также в микроэлектронике. Синтетические алмазы могут использоваться как подложки для выращивания транзисторов и находят применение в исследованиях сверхпроводимости.