Τον Νοέμβριο του 2020, δημοσιεύθηκε ένα άρθρο που αναφέρει τη σύνθεση των a νανοκρυσταλλικό διαμάντι και λόνσνταλιτ σε θερμοκρασία δωματίου, κάτι που μέχρι σήμερα θεωρούνταν αδύνατο να γίνει.

Η σύνθεση διεξήχθη υπό πίεση 80GPa από ένα μη κρυσταλλικό δείγμα πρόδρομου άνθρακα. Αυτό ήταν εφικτό μόνο με υψηλές πιέσεις και διατμητική τάση, και τα δύο ήταν "σημαντικά για την προώθηση του σχηματισμού φάσεων, καθώς μπορούν να βοηθήσουν στην υπέρβαση των κινητικών φραγμών", σύμφωνα με το άρθρο.

Τα αποτελέσματα της μελέτης βασίζονται στη χρήση μιας πολύ συνηθισμένης τεχνικής ηλεκτρονικής μικροσκοπίας που χρησιμοποιείται αρκετά στην Κρυσταλλογραφία, η οποία είναι ο πειραματικός τομέας που μελετά τη διάταξη των ατόμων στα κρυσταλλικά στερεά, στην περίπτωση του παρόντος άρθρου, στο διαμάντι και στον λόνσνταλιτ.

Το διαμάντι, το μικρό (ή όχι) και πολύτιμο κομμάτι γυαλιστερού πετρώματος, δεν είναι μόνο ακριβό κόσμημα, αλλά και ένα εξαιρετικά σημαντικό υλικό λόγω των ιδιοτήτων του, που του επιτρέπουν να χρησιμοποιείται σε κανονικά και ακραία περιβάλλοντα.

Ορισμένες χρήσιμες ιδιότητες είναι, μεταξύ άλλων, η εξαιρετική σκληρότητα, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε βιοϊατρικές εφαρμογές.

Ο Lonsdaleite είναι ένα υλικό που μοιάζει με διαμάντι με λίγες διαφορές στην κρυσταλλική δομή σε σύγκριση με το διαμάντι, ενώ το διαμάντι έχει μια κυβική κρυσταλλική δομή με έναν τετραεδρικά συνδεδεμένο άνθρακα, ο Lonsdaleite έχει ένα εξαγωνική κρυσταλλική δομή, μια λιγότερο συνηθισμένη μορφή αναδιάταξης.

Οι περισσότερες έρευνες σχετικά με τη σύνθεση διαμαντιών αναφέρουν την ανάγκη για δύο μορφές διέγερσης για να ξεπεραστεί το υψηλό κινητικό φράγμα των αλλαγών φάσης του υλικού.

Για τη σύνθεση του διαμαντιού και του λονσδαλίτη στο εργαστήριο χρησιμοποιούνται συνήθως υψηλή πίεση και υψηλή θερμοκρασία.

Οι επιστήμονες έχουν σήμερα ένα διάγραμμα που δείχνει τις φυσικές καταστάσεις κάποιου υλικού με βάση τη θερμοκρασία και την πίεση και ονομάζεται διάγραμμα φάσεων. Πολύ διάσημο και χρήσιμο εργαλείο-οδηγός για τους επιστήμονες ώστε να γνωρίζουν ποια θερμοκρασία και πίεση απαιτούνται για να επιτευχθεί μια συγκεκριμένη κατάσταση, όπως στερεή, υγρή ή αέρια. Στα άτομα του άνθρακα, ο γραφίτης και το διαμάντι είναι δύο παραδείγματα στερεών καταστάσεων.

Αν κοιτάξετε το διάγραμμα άνθρακα, η κατάσταση διαμαντιού θα μπορούσε να επιτευχθεί σε θερμοκρασία δωματίου πάνω από την πίεση των 2GPa, αλλά στην πραγματικότητα πρέπει να ληφθούν υπόψη άλλοι παράγοντες, παράγοντες που μπορούν να προκαλέσουν τεράστια διαφορά στο τελικό αποτέλεσμα. Ένας από αυτούς τους παράγοντες που αναφέρεται στο άρθρο είναι διατμητική τάση.

Η διατμητική τάση είναι γνωστή ως μια διαδικασία κατά την οποία παράλληλες στρώσεις ολισθαίνουν η μία μέσα στην άλλη. Ένα πολύ απλό παράδειγμα είναι όταν βάζετε τα χέρια σας μαζί και αρχίζετε να γλιστράτε το ένα πάνω στο άλλο - όπως όταν αισθάνεστε κρύο και θέλετε να ζεστάνετε τα χέρια σας - αυτή η κίνηση δημιουργεί διατμητική τάση στα χέρια ή στο υλικό που χρησιμοποιείται.

Η διατμητική τάση μπορεί να προωθήσει την αλλαγή φάσης των υλικών. Χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η θερμοκρασία, η διατμητική τάση αποδεικνύεται σημαντικό στοιχείο για το πώς "το διαμάντι μπορεί να σχηματιστεί σε ένα πολύ ευρύτερο φάσμα περιβαλλόντων, τόσο επίγειων όσο και εξωγήινων, από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως", αλλά χρειάζονται πολλές ακόμη μελέτες για να επιβεβαιωθούν οι επιδράσεις της διατμητικής τάσης. Ο σχηματισμός του λονσδαλίτη έχει επίσης συνδεθεί με τη διατμητική τάση. 

Προσπαθώντας να παράγουν διαμάντι και λόνσνταλιτ σε θερμοκρασία δωματίου, οι επιστήμονες έθεσαν δείγματα υαλώδους άνθρακα υπό συμπίεση 80×109Pa - αυτή είναι μεγάλη πίεση, πολύ, πολύ μεγαλύτερη από την πίεση που νιώθατε όταν περνούσατε από ένα κανονικό τεστ στο κολέγιο.

Ο αριθμός αυτός ισοδυναμεί με σχεδόν 800 χιλιάδες ατμοσφαιρική πίεση - ζούμε κάτω από μία μόνο ατμόσφαιρα.

Οι επιστήμονες ανέλυσαν τα αποτελέσματα των δειγμάτων μέσω τριών διαφορετικών τύπων τεχνικών ηλεκτρονικής μικροσκοπίας. Φασματοσκοπία Raman, περίθλαση ακτίνων Χ και TEM (ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης). Ας δούμε καθεμία από αυτές.

Το Φασματοσκοπία Raman είναι μια τεχνική που παρέχει ένα δομικό δακτυλικό αποτύπωμα ενός συγκεκριμένου υλικού χρησιμοποιώντας το τρόποι δόνησης μορίων.

Το υλικό του δείγματος αλληλεπιδρά με ένα μονοχρωματικό φως - συνήθως ένα λέιζερ - απορροφώντας και εκπέμποντας φωτόνια με ανελαστική σκέδαση, με άλλα λόγια, η μοριακή δόνηση του δείγματος απορροφά έναν αριθμό φωτονίων, η ποσότητα που απορροφάται είναι διαφορετική από εκείνη που εκπέμπεται.

Η διαφορά αυτή ανιχνεύεται και το τελικό αποτέλεσμα επιτρέπει στους επιστήμονες να λάβουν δομικές πληροφορίες για το δείγμα.

Η περίθλαση ακτίνων Χ τεχνική περιλαμβάνει τη χρήση δέσμης ηλεκτρονίων αντί μονοχρωματικού φωτός. Λόγω των μοτίβων διάταξης των ατόμων της κρυσταλλικής δομής, όταν η δέσμη ακτίνων Χ φτάνει στο δείγμα, διαθλάται σε πολλές διαφορετικές γωνίες και κατευθύνσεις.

Οι επιστήμονες μπορούν να μετρήσουν αυτές τις γωνίες και τις εντάσεις της διαθλώμενης δέσμης μετατρέποντας τα δεδομένα σε μια τρισδιάστατη εικόνα με τις θέσεις των ατόμων στον κρύσταλλο.

Το TEM, Ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης είναι μια τεχνική μικροσκοπίας που χρησιμοποιεί δέσμη ηλεκτρονίων αντί για φως, καθώς και περίθλαση ακτίνων Χ.

Το δείγμα εκτίθεται στη δέσμη, η οποία το διαπερνά και παράγει μια εικόνα με τη βοήθεια ενός ανιχνευτή φθορισμού.

Η τεχνική αυτή απαιτεί προετοιμασία του δείγματος σε πλέγμα και χαρακτηρίζεται ως τεχνική αποφυγής λόγω της απώλειας του δείγματος, το οποίο καταστρέφεται κατά τη διάρκεια της ανάλυσης.

Μετά την προσπάθεια παραγωγής διαμαντιού, οι ερευνητές ανακάλυψαν μέσω Raman ότι τα δείγματα αποτελούνταν μόνο από γραφιτικό υλικό.

Ωστόσο, τα διαγράμματα περίθλασης ακτίνων Χ έδειξαν ένα διαφορετικό αποτέλεσμα, καταδεικνύοντας την παρουσία λόνσδαλαιτη (12%), διαμαντιού (3%) και γραφίτη (85%).

Αυτά τα αποκλίνοντα αποτελέσματα εξηγούνται από τις διαφορές κάθε τεχνικής. Το Raman είναι σε θέση να αναλύσει μόνο την επιφάνεια των υλικών, ενώ η περίθλαση ακτίνων Χ μπορεί να διατρέξει όλο το πάχος του δείγματος.

Συνολικά, το αποτέλεσμα αυτό αποδεικνύει ότι ο σχηματισμός σκληρών υλικών όπως το διαμάντι δεν είναι αποτέλεσμα μόνο της πίεσης και της θερμοκρασίας.

Και άλλοι παράγοντες μπορούν να προκαλέσουν σχηματισμό υλικού, όπως η διατμητική τάση ή παράγοντες που η επιστήμη δεν γνωρίζει ακόμη.

Ίσως στο μέλλον, όταν αυτή η τεχνική συμπίεσης θα έχει καθιερωθεί καλύτερα, φτηνώνοντας την παραγωγή διαμαντιών, η επιστήμη θα μπορέσει να εκμεταλλευτεί πλήρως το υλικό. 

_____

Είστε ήδη Mind the Graph χρήστη; Αν όχι, μπορείτε να ξεκινήσετε Τώρα αμέσως! Μπορείτε επίσης να κάνετε κλικ εδώ για να δείτε τη γκαλερί μας με τις επιστημονικές εικονογραφήσεις, δεν χρειάζεται να ξεκινήσετε το έργο σας από το μηδέν! 

Σχετικά άρθρα
logo-subscribe

Εγγραφείτε στο ενημερωτικό μας δελτίο

Αποκλειστικό περιεχόμενο υψηλής ποιότητας σχετικά με την αποτελεσματική οπτική
επικοινωνία στην επιστήμη.

- Αποκλειστικός οδηγός
- Συμβουλές σχεδιασμού
- Επιστημονικά νέα και τάσεις
- Σεμινάρια και πρότυπα