Im November 2020 wurde ein Artikel ver\u00f6ffentlicht, der die Synthese von a<\/s> nanokristallinen Diamanten und Lonsdaleit bei Raumtemperatur, was bis heute als unm\u00f6glich galt. <\/p>\n\n\n\n
Die Synthese wurde unter einem Druck von 80 GPa aus einer nicht kristallinen Kohlenstoffvorstufe durchgef\u00fchrt. Dies war nur mit hohen Dr\u00fccken und Scherspannungen m\u00f6glich, die beide \"f\u00fcr die F\u00f6rderung der Phasenbildung wichtig sind, da sie zur \u00dcberwindung kinetischer Barrieren beitragen k\u00f6nnen\", hei\u00dft es in dem Artikel.<\/a> <\/p>\n\n\n\n Die Ergebnisse der Studie beruhen auf dem Einsatz einer sehr verbreiteten elektronenmikroskopischen Technik, die in der Kristallographie verwendet wird, d. h. dem experimentellen Bereich, der die Anordnung der Atome in kristallinen Festk\u00f6rpern untersucht, im Falle des vorliegenden Artikels Diamant und Lonsdaleit.<\/p>\n\n\n\n Der Diamant, das kleine (oder auch nicht) kostbare St\u00fcck gl\u00e4nzenden Gesteins, ist nicht nur ein teurer Schmuck, sondern aufgrund seiner Eigenschaften auch ein \u00e4u\u00dferst wichtiges Material, das in normalen und extremen Umgebungen eingesetzt werden kann. <\/p>\n\n\n\n Einige n\u00fctzliche Eigenschaften sind extreme H\u00e4rte, hohe W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit und der Einsatz in der Biomedizin, um nur einige zu nennen. <\/p>\n\n\n\n Der Lonsdaleit ist ein diamant\u00e4hnliches Material mit wenigen Unterschieden in der Kristallstruktur im Vergleich zu Diamant, w\u00e4hrend der Diamant eine kubische Kristallstruktur<\/strong> mit einem tetraedrisch gebundenen Kohlenstoff, das Lonsdaleit hat eine hexagonale Kristallstruktur<\/strong>eine weniger h\u00e4ufige Form der Umlagerung.<\/p>\n\n\n\n In den meisten Forschungsarbeiten zur Diamantsynthese wird berichtet, dass zwei Anregungsformen erforderlich sind, um die hohe kinetische Barriere der Phasenumwandlung des Materials zu \u00fcberwinden. <\/p>\n\n\n\n Zur Synthese von Diamant und Lonsdaleit im Labor werden in der Regel hoher Druck und hohe Temperaturen eingesetzt.<\/p>\n\n\n\n Wissenschaftler verf\u00fcgen heute \u00fcber ein Diagramm, das die physikalischen Zust\u00e4nde eines Materials in Abh\u00e4ngigkeit von Temperatur und Druck zeigt, das so genannte Phasendiagramm. Sehr ber\u00fchmt und <\/strong>ein n\u00fctzliches Hilfsmittel f\u00fcr Wissenschaftler, um zu wissen, welche Temperatur und welcher Druck erforderlich sind, um einen bestimmten Zustand zu erreichen, wie fest, fl\u00fcssig oder gasf\u00f6rmig. Bei den Kohlenstoffatomen sind Graphit und Diamant zwei Beispiele f\u00fcr feste Zust\u00e4nde.<\/p>\n\n\n\n Wenn Sie sich die Kohlenstoffdiagramm<\/a>Der Zustand des Diamanten k\u00f6nnte bei Raumtemperatur oberhalb eines Drucks von 2 GPa erreicht werden, aber in Wirklichkeit m\u00fcssen andere Faktoren ber\u00fccksichtigt werden, die einen gro\u00dfen Unterschied im Endergebnis bewirken k\u00f6nnen. Einer dieser Faktoren, der in dem Artikel erw\u00e4hnt wird, ist Scherbelastung<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n Scherspannung ist bekannt als ein Prozess, bei dem parallele Schichten durcheinander gleiten. Ein sehr einfaches Beispiel daf\u00fcr ist, wenn Sie Ihre H\u00e4nde zusammenlegen und beginnen, sie \u00fcbereinander zu schieben - z. B. wenn Ihnen kalt ist und Sie Ihre H\u00e4nde aufw\u00e4rmen wollen - diese Bewegung erzeugt Scherspannung in den H\u00e4nden oder in dem verwendeten Material. <\/p>\n\n\n\n Die Scherspannung kann die Phasenver\u00e4nderung von Materialien f\u00f6rdern. Unabh\u00e4ngig von der Temperatur erweist sich die Scherbeanspruchung als eine wichtige Komponente bei der \"Bildung von Diamanten in einem viel breiteren Spektrum von Umgebungen, sowohl terrestrisch als auch extraterrestrisch, als bisher angenommen\", aber es sind noch viele Studien erforderlich, um die Auswirkungen der Scherbeanspruchung zu best\u00e4tigen. Die Bildung von Lonsdaleit wird ebenfalls mit Scherspannungen in Verbindung gebracht. <\/p>\n\n\n\n Bei dem Versuch, Diamant und Lonsdaleit bei Raumtemperatur herzustellen, setzten die Wissenschaftler glasartige Kohlenstoffproben einem Druck von 80\u00d7109<\/sup>Pa - das ist ein enormer Druck, viel, viel mehr als der Druck, den Sie bei einer regul\u00e4ren Pr\u00fcfung im College versp\u00fcrten. <\/p>\n\n\n\n Diese Zahl entspricht einem Druck von fast 800 Tausend Atmosph\u00e4ren - wir leben in nur einer Atmosph\u00e4re.<\/p>\n\n\n\n Die Wissenschaftler analysierten die Probenergebnisse mit drei verschiedenen Arten von Elektronenmikroskopietechniken. Raman-Spektroskopie, R\u00f6ntgenbeugung und TEM (Transmissionselektronenmikroskopie). Schauen wir uns jedes dieser Verfahren an.<\/p>\n\n\n\n Die Raman-Spektroskopie<\/strong> ist eine Technik, die einen strukturellen Fingerabdruck eines bestimmten Materials liefert, indem sie die Schwingungsmoden von Molek\u00fclen<\/a>. <\/p>\n\n\n\n Das Probenmaterial interagiert mit monochromatischem Licht - in der Regel einem Laser - und absorbiert und emittiert Photonen auf unelastische Weise, d. h. die Molekularschwingung der Probe absorbiert eine Reihe von Photonen, wobei die absorbierte Menge von der emittierten Menge abweicht. <\/p>\n\n\n\n Dieser Unterschied wird erkannt und das Endergebnis erm\u00f6glicht es den Wissenschaftlern, strukturelle Informationen \u00fcber die Probe zu erhalten.<\/p>\n\n\n\n Die R\u00f6ntgenbeugung<\/strong> Technik wird anstelle von monochromatischem Licht ein Elektronenstrahl verwendet. Aufgrund der Anordnungsmuster der Atome in der Kristallstruktur wird der R\u00f6ntgenstrahl, wenn er die Probe erreicht, in viele verschiedene Winkel und Richtungen gebeugt. <\/p>\n\n\n\n Die Wissenschaftler k\u00f6nnen diese Winkel und Intensit\u00e4ten des gebeugten Strahls messen und die Daten in ein dreidimensionales Bild mit den Positionen der Atome im Kristall umwandeln.<\/p>\n\n\n\n Die TEM, Transmissionselektronenmikroskopie<\/strong> ist eine Mikroskopietechnik, die einen Elektronenstrahl anstelle von Licht sowie R\u00f6ntgenbeugung verwendet. <\/p>\n\n\n\n Die Probe wird dem Strahl ausgesetzt, der sie durchdringt und mit Hilfe eines Fluoreszenzdetektors ein Bild erzeugt. <\/p>\n\n\n\n Diese Technik erfordert eine Probenvorbereitung auf einem Gitter und wird wegen des Probenverlusts, der w\u00e4hrend der Analyse auftritt, als Ausweichmethode bezeichnet.<\/p>\n\n\n\n Nach dem Versuch, einen Diamanten herzustellen, entdeckten die Forscher durch Raman, dass die Proben nur aus graphitischem Material bestanden. <\/p>\n\n\n\n Die R\u00f6ntgenbeugungsmuster zeigen jedoch ein anderes Ergebnis und belegen das Vorhandensein von Lonsdaleit (12%), Diamant (3%) und Graphit (85%). <\/p>\n\n\n\n Diese abweichenden Ergebnisse sind auf die Unterschiede zwischen den einzelnen Techniken zur\u00fcckzuf\u00fchren. Mit Raman kann nur die Oberfl\u00e4che von Materialien analysiert werden, w\u00e4hrend die R\u00f6ntgenbeugung die gesamte Dicke der Probe durchdringen kann.<\/p>\n\n\n\n Insgesamt beweist dieses Ergebnis, dass die Bildung harter Materialien wie Diamant nicht nur eine Folge von Druck und Temperatur ist. <\/p>\n\n\n\n Auch andere Faktoren wie die Scherbelastung oder Faktoren, die die Wissenschaft noch gar nicht kennt, k\u00f6nnen die Materialbildung ausl\u00f6sen. <\/p>\n\n\n\n Vielleicht kann die Wissenschaft in Zukunft, wenn sich diese Komprimierungstechnik besser etabliert hat und die Diamantenproduktion billiger wird, die Vorteile des Materials voll aussch\u00f6pfen. <\/p>\n\n\n\n _____<\/p>\n\n\n\n Sind Sie bereits ein Mind the Graph <\/a>Benutzer? Wenn Sie das nicht tun, k\u00f6nnen Sie im Augenblick<\/a>! 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