Novembris 2020, avaldati artikkel, milles teatati sünteesist a nanokristalliline teemant ja lonsdaleiit toatemperatuuril, mida tänaseni peeti võimatuks.

Süntees viidi läbi rõhu all 80GPa juures mittekristallilisest süsinikuproovist lähteainest. See oli võimalik ainult kõrge rõhu ja nihkepinge korral, mõlemad olid "olulised faaside moodustumise soodustamiseks, kuna see aitab ületada kineetilisi takistusi", artikli kohaselt.

Uuringu tulemused põhinevad väga levinud elektronmikroskoopiatehnika kasutamisel, mida kasutatakse kristallograafias, mis on eksperimentaalne valdkond, mis uurib aatomite paigutust kristallilistes tahketes ainetes, käesoleva artikli puhul teemant ja Lonsdaleit.

Teemant, see väike (või mitte) ja väärtuslik särava kivi, ei ole mitte ainult kallis ehe, vaid ka tohutult oluline materjal oma omaduste tõttu, mis võimaldab seda kasutada nii tavalistes kui ka ekstreemsetes keskkondades.

Mõned kasulikud omadused on muu hulgas äärmine kõvadus, kõrge soojusjuhtivus ja seda saab kasutada ka biomeditsiinilistes rakendustes.

Lonsdaleiit on teemandilaadne materjal, mille kristallstruktuuris on võrreldes teemandiga vähe erinevusi, samas kui teemant on kuubiline kristallstruktuur tetraeedriliselt seotud süsinikuga, Lonsdaleit on kuusnurkne kristallstruktuur, mis on vähem levinud ümberkujundamise vorm.

Enamik teemantide sünteesi käsitlevaid uuringuid teatab, et materjali faasimuutuste kõrge kineetilise barjääri ületamiseks on vaja kahte ergutusvormi.

Teemandi ja lonsdaleiidi sünteesimiseks laboris kasutatakse tavaliselt kõrget rõhku ja kõrget temperatuuri.

Tänapäeval on teadlastel olemas diagramm, mis näitab mõne materjali füüsikalisi olekuid, mis põhinevad temperatuuril ja rõhul, mida nimetatakse faasidiagramm. Väga kuulus ja kasulik abivahend teadlastele, et teada saada, millist temperatuuri ja rõhku on vaja konkreetse oleku, näiteks tahke, vedeliku või gaasilise oleku saavutamiseks. Süsiniku aatomite puhul on grafiit ja teemant kaks näidet tahkete olekute kohta.

Kui te vaatate süsinikdiagramm, võib teemantne seisund olla saavutatav toatemperatuuril üle 2GPa rõhu, kuid tegelikkuses tuleb arvestada muid tegureid, tegureid, mis võivad lõpptulemuses põhjustada suuri erinevusi. Üks neist teguritest, mida artiklis mainitakse, on nihkepinge.

Nihkepinge on tuntud kui protsess, kus paralleelsed kihid libisevad üksteisest läbi. Väga lihtne näide selle kohta on see, kui panete käed kokku ja hakkate üksteise peal libisema - näiteks kui teil on külm ja tahate oma käsi soojendada - see liikumine tekitab kätes või kasutatavas materjalis nihkepinge.

Nihkepinge võib soodustada materjalide faasimuutust. Temperatuuri arvestamata osutub nihkepinge oluliseks komponendiks, kuidas "teemant võib moodustuda palju laiemas keskkonnas, nii maapealses kui ka maavälises, kui varem arvati", kuid nihkepinge mõju kinnitamiseks on vaja veel palju uuringuid. Lonsdaleiidi moodustumist on samuti seostatud nihkepingega. 

Püüdes toatemperatuuril teemanti ja lonsdaleiiti toota, panid teadlased klaasist süsinikuproovid 80×10-kordse kokkusurumise alla.9Pa - see on suur surve, palju, palju suurem kui see surve, mida sa tundsid, kui läksid kolledžis tavalise testi alla.

See arv on võrdne peaaegu 800 tuhande atmosfääri rõhuga - me elame ainult ühe atmosfääri all.

Teadlased analüüsisid proovide tulemusi kolme erineva elektronmikroskoopiatehnika abil. Raman-spektroskoopia, röntgendifraktsioon ja TEM (transmissioonelektronmikroskoopia). Vaatame igaüht neist.

The Raman spektroskoopia on tehnika, mis annab konkreetse materjali struktuurilise sõrmejälje, kasutades selleks molekulide võnkumismoodused.

Proovimaterjal suhtleb monokromaatilise valgusega - tavaliselt laseriga - neelates ja kiirates footoneid mitteelastse hajumise teel, teisisõnu, proovi molekulaarvibratsioon neelab hulga footoneid, kusjuures neeldunud kogus erineb kiiritatud kogusest.

See erinevus tuvastatakse ja lõpptulemus võimaldab teadlastel saada proovi struktuurilist teavet.

Röntgendifraktsioon tehnika hõlmab monokromaatilise valguse asemel elektronkiire kasutamist. Tänu kristallstruktuuri aatomi paigutusmustritele difrakteerub röntgenikiirgus proovi jõudes paljudes erinevates nurkades ja suundades.

Teadlased saavad mõõta neid difraktsioonikiire nurki ja intensiivsusi, muutes andmed kolmemõõtmeliseks pildiks, millel on aatomi asukohad kristallis.

The TEM, transmissiooni elektronmikroskoopia on mikroskoopiatehnika, mis kasutab valguse asemel elektronkiirt ja röntgenhajutamist.

Proov on avatud kiirele, mis läbib seda ja annab fluorestsentsdetektori abil pildi.

See meetod nõuab proovi ettevalmistamist võrega ja seda nimetatakse vältivaks meetodiks, sest proovi kaob, kuna see hävib analüüsi käigus.

Pärast teemandi valmistamise katset avastasid teadlased Raman'i abil, et proovid koosnesid ainult grafiitmaterjalist.

Röntgendifraktsioonimustrid näitasid aga teistsugust tulemust, mis näitas lonsdaleiidi (12%), teemandi (3%) ja grafiidi (85%) olemasolu.

Need erinevad tulemused on seletatavad iga meetodi erinevustega. Ramani meetodiga on võimalik analüüsida ainult materjalide pinda, samas kui röntgendiffraktsiooniga saab analüüsida kogu proovi paksust.

Kokkuvõttes tõestab see tulemus, et selliste kõvade materjalide nagu teemant moodustumine ei ole ainult rõhu ja temperatuuri tulemus.

Ja muud tegurid võivad esile kutsuda materjali moodustumist, nagu nihkepinge või tegurid, mida teadus veel isegi ei tea.

Võib-olla tulevikus, kui see tihendustehnika on end paremini sisse seadnud ja teemantide tootmine odavneb, saab teadus seda materjali täielikult ära kasutada. 

_____

Kas te olete juba Mind the Graph kasutaja? Kui ei ole, võite alustada kohe! Võite ka klõpsata siin et näha meie teaduslike illustratsioonide galeriid, ei pea oma projekti nullist alustama! 

Seotud artiklid
logo-subscribe

Tellige meie uudiskiri

Eksklusiivne kvaliteetne sisu tõhusa visuaalse
teabevahetus teaduses.

- Eksklusiivne juhend
- Disaini näpunäited
- Teaduslikud uudised ja suundumused
- Juhendid ja mallid