En novembre 2020, a \u00e9t\u00e9 publi\u00e9 un article rapportant la synth\u00e8se de a<\/s> de diamant nanocristallin et de lonsdaleite \u00e0 temp\u00e9rature ambiante, ce qui \u00e9tait jusqu'\u00e0 pr\u00e9sent consid\u00e9r\u00e9 comme impossible \u00e0 r\u00e9aliser. <\/p>\n\n\n\n
La synth\u00e8se a \u00e9t\u00e9 r\u00e9alis\u00e9e sous une pression de 80GPa \u00e0 partir d'un pr\u00e9curseur d'\u00e9chantillon de carbone non cristallin. Cela n'a \u00e9t\u00e9 possible qu'avec des pressions et une contrainte de cisaillement \u00e9lev\u00e9es, toutes deux \u00e9tant \"importantes pour favoriser la formation de phases, car elles peuvent aider \u00e0 surmonter les barri\u00e8res cin\u00e9tiques\", selon l'article.<\/a> <\/p>\n\n\n\n Les r\u00e9sultats de l'\u00e9tude reposent sur l'utilisation d'une technique de microscopie \u00e9lectronique tr\u00e8s courante et tr\u00e8s utilis\u00e9e en cristallographie, qui est le domaine exp\u00e9rimental qui \u00e9tudie l'arrangement des atomes dans les solides cristallins, dans le cas du pr\u00e9sent article, le diamant et la lonsdaleite.<\/p>\n\n\n\n Le diamant, le petit (ou non) et pr\u00e9cieux morceau de roche brillante, n'est pas seulement un bijou co\u00fbteux, c'est aussi un mat\u00e9riau extr\u00eamement important en raison de ses propri\u00e9t\u00e9s, qui lui permettent d'\u00eatre utilis\u00e9 dans des environnements normaux et extr\u00eames. <\/p>\n\n\n\n Parmi les propri\u00e9t\u00e9s utiles, citons une duret\u00e9 extr\u00eame, une conductivit\u00e9 thermique \u00e9lev\u00e9e et une utilisation dans des applications biom\u00e9dicales, entre autres. <\/p>\n\n\n\n La Lonsdaleite est un mat\u00e9riau semblable au diamant avec peu de diff\u00e9rences dans la structure cristalline par rapport au diamant, alors que le diamant a une structure cristalline cubique<\/strong> avec un carbone li\u00e9 \u00e0 un t\u00e9tra\u00e8dre, la Lonsdaleite a une structure cristalline hexagonale<\/strong>une forme moins courante de r\u00e9arrangement.<\/p>\n\n\n\n La plupart des recherches sur la synth\u00e8se du diamant font \u00e9tat de la n\u00e9cessit\u00e9 de deux formes d'excitation pour d\u00e9passer la barri\u00e8re cin\u00e9tique \u00e9lev\u00e9e des changements de phase du mat\u00e9riau. <\/p>\n\n\n\n Une pression \u00e9lev\u00e9e et une temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e sont g\u00e9n\u00e9ralement utilis\u00e9es pour synth\u00e9tiser le diamant et la lonsdaleite en laboratoire.<\/p>\n\n\n\n Les scientifiques disposent aujourd'hui d'un diagramme qui montre les \u00e9tats physiques de certains mat\u00e9riaux en fonction de la temp\u00e9rature et de la pression, appel\u00e9 le diagramme de phase. Tr\u00e8s c\u00e9l\u00e8bre et <\/strong>outil de guidage utile aux scientifiques pour savoir quelle temp\u00e9rature et quelle pression sont n\u00e9cessaires pour atteindre un \u00e9tat sp\u00e9cifique, comme solide, liquide ou gazeux. Dans les atomes de carbone, le graphite et le diamant sont deux exemples d'\u00e9tats solides.<\/p>\n\n\n\n Si vous regardez le diagramme de carbone<\/a>Selon l'article, l'\u00e9tat de diamant pourrait \u00eatre atteint \u00e0 temp\u00e9rature ambiante au-dessus de la pression de 2GPa, mais en r\u00e9alit\u00e9, d'autres facteurs doivent \u00eatre pris en compte, des facteurs qui peuvent entra\u00eener une \u00e9norme diff\u00e9rence dans le r\u00e9sultat final. L'un de ces facteurs mentionn\u00e9s dans l'article est contrainte de cisaillement<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n La contrainte de cisaillement est connue comme un processus o\u00f9 des couches parall\u00e8les glissent les unes sur les autres. Un exemple tr\u00e8s simple est lorsque vous mettez vos mains l'une contre l'autre, et que vous commencez \u00e0 glisser l'une sur l'autre - comme lorsque vous avez froid et que vous voulez r\u00e9chauffer vos mains - ce mouvement cr\u00e9e une contrainte de cisaillement dans les mains ou dans le mat\u00e9riau utilis\u00e9. <\/p>\n\n\n\n La contrainte de cisaillement peut favoriser le changement de phase des mat\u00e9riaux. Sans tenir compte de la temp\u00e9rature, la contrainte de cisaillement s'av\u00e8re \u00eatre un \u00e9l\u00e9ment important de la fa\u00e7on dont \"le diamant peut \u00eatre form\u00e9 dans une gamme beaucoup plus large d'environnements, \u00e0 la fois terrestres et extra-terrestres, qu'on ne le pensait auparavant\", mais de nombreuses autres \u00e9tudes sont n\u00e9cessaires pour confirmer les effets de la contrainte de cisaillement. La formation de la lonsdaleite a \u00e9galement \u00e9t\u00e9 associ\u00e9e \u00e0 la contrainte de cisaillement. <\/p>\n\n\n\n Pour tenter de produire du diamant et de la lonsdaleite \u00e0 temp\u00e9rature ambiante, les scientifiques ont soumis des \u00e9chantillons de carbone vitreux \u00e0 une compression de 80\u00d7109<\/sup>Pa - c'est beaucoup de pression, beaucoup, beaucoup plus que la pression que vous avez ressentie en passant un test ordinaire \u00e0 l'universit\u00e9. <\/p>\n\n\n\n Ce nombre \u00e9quivaut \u00e0 une pression de pr\u00e8s de 800 mille atmosph\u00e8res - nous ne vivons que sous une seule atmosph\u00e8re.<\/p>\n\n\n\n Les scientifiques ont analys\u00e9 les r\u00e9sultats des \u00e9chantillons \u00e0 l'aide de trois types diff\u00e9rents de techniques de microscopie \u00e9lectronique. La spectroscopie Raman, la diffraction des rayons X et la MET (microscopie \u00e9lectronique \u00e0 transmission). D\u00e9couvrons chacune d'entre elles.<\/p>\n\n\n\n Le site Spectroscopie Raman<\/strong> est une technique qui permet d'obtenir une empreinte structurelle d'un mat\u00e9riau sp\u00e9cifique \u00e0 l'aide du les modes vibrationnels des mol\u00e9cules<\/a>. <\/p>\n\n\n\n Le mat\u00e9riau de l'\u00e9chantillon interagit avec une lumi\u00e8re monochromatique - g\u00e9n\u00e9ralement un laser - en absorbant et en \u00e9mettant des photons de mani\u00e8re in\u00e9lastique, c'est-\u00e0-dire que la vibration mol\u00e9culaire de l'\u00e9chantillon absorbe un certain nombre de photons, la quantit\u00e9 absorb\u00e9e \u00e9tant diff\u00e9rente de celle \u00e9mise. <\/p>\n\n\n\n Cette diff\u00e9rence est d\u00e9tect\u00e9e et le r\u00e9sultat final permet aux scientifiques d'obtenir des informations structurelles sur l'\u00e9chantillon.<\/p>\n\n\n\n La diffraction des rayons X<\/strong> Cette technique implique l'utilisation d'un faisceau d'\u00e9lectrons au lieu d'une lumi\u00e8re monochromatique. En raison de la disposition des atomes dans la structure cristalline, lorsque le faisceau de rayons X atteint l'\u00e9chantillon, il se diffracte dans de nombreux angles et directions diff\u00e9rents. <\/p>\n\n\n\n Les scientifiques peuvent mesurer ces angles et les intensit\u00e9s du faisceau diffract\u00e9 en transformant les donn\u00e9es en une image tridimensionnelle avec les positions de l'atome dans le cristal.<\/p>\n\n\n\n Le site TEM, microscopie \u00e9lectronique \u00e0 transmission<\/strong> est une technique de microscopie qui utilise un faisceau d'\u00e9lectrons au lieu de la lumi\u00e8re ainsi que la diffraction des rayons X. <\/p>\n\n\n\n L'\u00e9chantillon est expos\u00e9 au faisceau, qui le traverse en produisant une image \u00e0 l'aide d'un d\u00e9tecteur de fluorescence. <\/p>\n\n\n\n Cette technique n\u00e9cessite une pr\u00e9paration de l'\u00e9chantillon sur une grille et elle est qualifi\u00e9e de technique \u00e9vasive en raison de la perte de l'\u00e9chantillon, qui est d\u00e9truit pendant l'analyse.<\/p>\n\n\n\n Apr\u00e8s avoir tent\u00e9 de produire un diamant, les chercheurs ont d\u00e9couvert par Raman que les \u00e9chantillons n'\u00e9taient constitu\u00e9s que de mat\u00e9riau graphitique. <\/p>\n\n\n\n Cependant, les sch\u00e9mas de diffraction des rayons X ont donn\u00e9 un r\u00e9sultat diff\u00e9rent, d\u00e9montrant la pr\u00e9sence de lonsdaleite (12%), de diamant (3%) et de graphite (85%). <\/p>\n\n\n\n Ces r\u00e9sultats divergents s'expliquent par les diff\u00e9rences de chaque technique. Le Raman est capable d'analyser uniquement la surface des mat\u00e9riaux, alors que la diffraction des rayons X peut parcourir toute l'\u00e9paisseur de l'\u00e9chantillon.<\/p>\n\n\n\n Globalement, ce r\u00e9sultat prouve que la formation de mat\u00e9riaux durs comme le diamant n'est pas seulement le r\u00e9sultat de la pression et de la temp\u00e9rature. <\/p>\n\n\n\n Et d'autres facteurs peuvent induire la formation de mat\u00e9riaux, comme la contrainte de cisaillement ou des facteurs que la science ne conna\u00eet m\u00eame pas encore. <\/p>\n\n\n\n Peut-\u00eatre qu'\u00e0 l'avenir, lorsque cette technique de compression se sera mieux \u00e9tablie, rendant la production de diamants moins co\u00fbteuse, la science pourra tirer pleinement parti de ce mat\u00e9riau. <\/p>\n\n\n\n _____<\/p>\n\n\n\n \u00cates-vous d\u00e9j\u00e0 un Mind the Graph <\/a>utilisateur ? Si ce n'est pas le cas, vous pouvez commencer \u00e0 l'heure actuelle<\/a>! 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