Pembentukan Berlian pada Suhu Kamar

Pada bulan November 2020, diterbitkan sebuah artikel yang melaporkan sintesis a nanokristalin berlian dan lonsdaleite pada suhu kamar, sesuatu yang hingga saat ini dianggap mustahil untuk dilakukan.

Sintesis dilakukan di bawah tekanan 80GPa dari prekursor sampel karbon non-kristal. Hal ini hanya dapat dilakukan dengan tekanan tinggi dan tegangan geser, keduanya "penting untuk mendorong pembentukan fasa karena dapat membantu mengatasi hambatan kinetik", menurut artikel tersebut.

Hasil penelitian terletak pada penggunaan teknik mikroskop elektron yang sangat umum digunakan dalam Kristalografi, yaitu bidang eksperimental yang mempelajari susunan atom dalam padatan kristal, dalam kasus artikel ini, Berlian, dan Lonsdaleite.

Berlian, potongan kecil (atau tidak) dan berharga dari batu berkilau, bukan hanya perhiasan mahal, tetapi juga merupakan bahan yang sangat penting karena sifatnya, yang memungkinkannya untuk digunakan di lingkungan normal dan ekstrem.

Beberapa sifat yang berguna adalah, kekerasan yang ekstrim, konduktivitas termal yang tinggi dan juga dapat digunakan dalam aplikasi biomedis, antara lain.

Lonsdaleite adalah bahan seperti berlian dengan sedikit perbedaan dalam struktur kristal jika dibandingkan dengan berlian, sedangkan berlian memiliki struktur kristal kubik dengan karbon yang terikat secara tetrahedral, Lonsdaleite memiliki struktur kristal heksagonalbentuk penataan ulang yang kurang umum.

Sebagian besar penelitian tentang sintesis berlian melaporkan perlunya dua bentuk eksitasi untuk melampaui penghalang kinetik yang tinggi dari perubahan fasa material.

Tekanan tinggi dan suhu tinggi biasanya digunakan untuk mensintesis berlian dan lonsdaleite di dalam laboratorium.

Para ilmuwan saat ini memiliki diagram yang menunjukkan kondisi fisik beberapa material berdasarkan suhu dan tekanan yang disebut diagram diagram fase. Sangat terkenal dan alat panduan yang berguna bagi para ilmuwan untuk mengetahui suhu dan tekanan yang dibutuhkan untuk mencapai keadaan tertentu, seperti padat, cair, atau gas. Dalam atom karbon, grafit dan berlian adalah dua contoh keadaan padat.

Jika Anda melihat pada bagian diagram karbonkeadaan berlian dapat dicapai pada suhu kamar di atas tekanan 2GPa, tetapi pada kenyataannya, faktor-faktor lain perlu dipertimbangkan, faktor-faktor yang dapat menyebabkan perbedaan besar pada hasil akhir. Salah satu faktor yang disebutkan dalam artikel ini adalah tegangan geser.

Tegangan geser dikenal sebagai proses di mana lapisan-lapisan paralel saling bergesekan satu sama lain. Contoh yang sangat sederhana adalah ketika Anda menyatukan kedua tangan Anda, dan mulai menyelipkan satu sama lain - seperti ketika Anda merasa kedinginan dan ingin menghangatkan tangan Anda - gerakan ini menciptakan tegangan geser pada tangan atau pada bahan yang digunakan.

Tegangan geser dapat mendorong perubahan fase material. Tanpa mempertimbangkan suhu, tegangan geser ternyata menjadi komponen penting tentang bagaimana "berlian dapat terbentuk di lingkungan yang jauh lebih luas, baik terestrial maupun ekstra-terestrial, daripada yang diyakini sebelumnya", tetapi masih banyak penelitian yang diperlukan untuk mengonfirmasi efek tegangan geser. Formasi lonsdaleite juga telah dikaitkan dengan tegangan geser.

Mencoba memproduksi berlian dan lonsdaleite pada suhu kamar, para ilmuwan meletakkan sampel karbon kaca di bawah kompresi 80×10⁹Pa - itu adalah tekanan yang sangat besar, jauh, jauh lebih besar daripada tekanan yang Anda rasakan saat menjalani tes biasa di perguruan tinggi.

Angka ini setara dengan tekanan hampir 800 ribu atmosfer - kita hidup hanya dalam satu atmosfer.

Para ilmuwan menganalisis hasil sampel melalui tiga jenis teknik mikroskop elektron yang berbeda. Spektroskopi Raman, difraksi sinar-X, dan TEM (mikroskopi elektron transmisi). Mari kita lihat masing-masing.

The Spektroskopi Raman adalah teknik yang memberikan sidik jari struktural dari bahan tertentu menggunakan mode vibrasi molekul.

Bahan sampel berinteraksi dengan cahaya monokromatik - biasanya laser - menyerap dan memancarkan foton dengan cara hamburan yang tidak elastis, dengan kata lain, getaran molekul sampel menyerap sejumlah foton, jumlah yang diserap berbeda dari yang dipancarkan.

Perbedaan ini terdeteksi dan hasil akhirnya memungkinkan para ilmuwan mendapatkan informasi struktural sampel.

Difraksi sinar-X Teknik ini melibatkan penggunaan berkas elektron, bukan cahaya monokromatik. Berdasarkan pola susunan atom dari struktur kristal, ketika sinar X-ray mencapai sampel, sinar tersebut terdifraksi ke berbagai sudut dan arah.

Para ilmuwan dapat mengukur sudut dan intensitas sinar terdifraksi yang mengubah data menjadi gambar tiga dimensi dengan posisi atom di dalam kristal.

The TEM, Mikroskop elektron transmisi adalah teknik mikroskop yang menggunakan seberkas elektron, bukan cahaya, serta difraksi sinar-X.

Sampel dipaparkan pada sinar, yang melewatinya dan menghasilkan gambar dengan bantuan detektor fluoresensi.

Teknik ini membutuhkan persiapan sampel pada kisi-kisi dan diberi label sebagai teknik yang mengelak karena kehilangan sampel, dihancurkan selama analisis.

Setelah upaya untuk menghasilkan berlian, para peneliti menemukan melalui Raman bahwa sampel hanya terdiri dari bahan grafit.

Namun, pola difraksi sinar-X menunjukkan hasil yang berbeda, yang menunjukkan keberadaan lonsdaleite (12%), berlian (3%), dan grafit (85%).

Hasil yang berbeda ini dijelaskan oleh perbedaan dalam setiap teknik. Raman hanya mampu menganalisis permukaan bahan, sedangkan difraksi sinar-X dapat menembus seluruh ketebalan sampel.

Secara keseluruhan, hasil ini membuktikan bahwa pembentukan material keras seperti berlian tidak hanya disebabkan oleh tekanan dan suhu.

Dan faktor-faktor lain dapat mendorong pembentukan material seperti tegangan geser atau faktor-faktor yang bahkan belum diketahui oleh ilmu pengetahuan.

Mungkin di masa depan, ketika teknik kompresi ini telah memantapkan dirinya dengan lebih baik, menurunkan biaya produksi berlian, ilmu pengetahuan akan dapat memanfaatkan sepenuhnya bahan tersebut.

_____

Apakah Anda sudah menjadi Mind the Graph pengguna? Jika tidak, Anda dapat memulai sekarang! Anda juga dapat mengklik di sini untuk melihat galeri Ilustrasi ilmiah kami, Anda tidak perlu memulai proyek Anda dari awal!

Pembentukan Berlian pada Suhu Kamar dan Analisis Elektron

Tentang Fabricio Pamplona

Pembentukan Berlian pada Suhu Kamar dan Analisis Elektron

Berlangganan buletin kami

Tentang Fabricio Pamplona