室温でのダイヤモンドの生成

2020年11月、「震災復興に向けた取り組み」をまとめた論文が発表されました。 a ナノ結晶ダイヤモンドとロンズダライトを室温で使用することは、これまで不可能とされてきたことである。

この合成は、非結晶性炭素試料前駆体から80GPaの圧力下で行われた。これは、高圧力とせん断応力があればこそ可能であり、どちらも「動力学的障壁を克服するのに役立つので、相形成を促進するのに重要」であった。という記事によると

この研究の成果は、結晶学（結晶性固体中の原子の配置を研究する実験分野）において非常に一般的な電子顕微鏡技術を用いたもので、今回の論文ではダイヤモンドとロンズデライトを対象としています。

ダイヤモンドは、小さな（あるいはそうでない）輝く岩石の貴重な部分であり、単に高価な宝石というだけでなく、その特性から、通常の環境でも極限環境でも使用できる、非常に重要な素材である。

硬度が高い、熱伝導率が高い、バイオメディカル用途に使えるなど、有用な特性を持っています。

ロンズダライトは、ダイヤモンドと比較した場合、結晶構造の違いがほとんどなく、ダイヤモンドが 立方晶構造 が四面体結合した炭素を持つ、ロンズデライトは 六方晶系の結晶構造という、あまり一般的ではない再配列の形式をとっています。

ダイヤモンドの合成に関する研究の多くは、物質の相変化の高い運動障壁を超えるために、2つの励起形式が必要であると報告しています。

ダイヤモンドやロンズダライトの合成には、通常、研究室内で高圧と高温が使われる。

今日の科学者たちは、温度と圧力に基づいてある物質の物理的な状態を示す、「図」と呼ばれる フェーズダイアグラム非常に有名で 固体、液体、気体など、特定の状態になるために必要な温度と圧力を知ることができる、科学者にとって便利なガイドツールです。炭素の原子では、グラファイトやダイヤモンドが固体状態の例として挙げられる。

を見てみると炭素図しかし、実際には、他の要因も考慮する必要があり、最終的な結果に大きな違いをもたらす要因もあるのです。その要因のひとつが、この記事で紹介されている せん断応力.

せん断応力は、平行な層が互いに滑り合うプロセスとして知られています。例えば、寒さを感じて手を温めようとするときなど、両手を合わせて滑らせることで、手や素材に剪断応力が発生します。

せん断応力は、物質の相変化を促進することができる。温度を考慮しない場合、せん断応力は「これまで考えられていたよりもはるかに広い範囲の環境（地球上と地球外の両方）でダイヤモンドが形成される」方法の重要な要素であることが判明したが、せん断応力の効果を確認するには、さらに多くの研究が必要である。ロンズダライトの生成もせん断応力と関連している。

ダイヤモンドやロンズダライトを室温で作ろうと、ガラス状の炭素試料を80×10気圧の圧縮をかけて⁹パ - それは大変なプレッシャーです。大学で定期テストを受けるときのプレッシャーよりもずっとずっと。

この数字は、約80万気圧に相当し、私たちはたった1つの大気の下で生活していることになります。

科学者たちは、試料の結果を3種類の電子顕微鏡技術で分析しました。ラマン分光法、X線回折法、そしてTEM（透過型電子顕微鏡）です。それぞれを確認してみよう。

があります。 ラマン分光法 を利用して、特定の材料の構造指紋を得る技術です。分子振動モード.

試料は単色光（通常はレーザー）と相互作用し、非弾性散乱方式で光子を吸収・放出する。言い換えれば、試料の分子振動が多数の光子を吸収し、吸収量と放出量が異なるのだ。

この違いを検出し、最終的に試料の構造情報を得ることができるのです。

X線回折の様子 は、単色光の代わりに電子ビームを使用する技術である。X線が試料に到達すると、結晶構造の原子の配列パターンにより、さまざまな角度や方向に回折する。

この回折ビームの角度や強度を測定し、結晶中の原子の位置を3次元画像に変換することができる。

があります。 TEM, 透過電子顕微鏡 は、X線回折と同様、光の代わりに電子ビームを用いる顕微鏡技術である。

試料にビームを照射し、試料を通過させた後、蛍光検出器により画像を生成します。

この手法は、グリッド上に試料を準備する必要があり、分析中に試料が破壊されてしまうというロスがあるため、回避的な手法とされている。

ダイヤモンドを作ろうとした結果、試料は黒鉛質だけであることがラマン測定で判明した。

しかし、X線回折パターンは異なる結果を示し、ロンズデライト（12%）、ダイヤモンド（3%）、グラファイト（85%）の存在が示された。

これらの結果は、それぞれの手法の違いによって説明されます。ラマンは表面しか分析できないのに対し、X線回折は試料の厚さ方向まで分析できる。

この結果は、ダイヤモンドのような硬い物質の形成が、圧力や温度だけではないことを証明するものです。

また、せん断応力のような物質形成を誘発する要因や、科学がまだ解明していない要因もあります。

将来、この圧縮技術がより確立され、ダイヤモンドの生産が安価になれば、科学はこの素材をフルに活用できるようになるかもしれない。

_____

あなたはすでに Mind the Graph ユーザーですか？そうでない場合は、まず今すぐ!をクリックすることもできます。これをご覧いただければ、ゼロからプロジェクトを立ち上げる必要はありません。

室温でのダイヤモンド生成とその電子状態解析

ファブリシオ・パンプローナについて

室温でのダイヤモンド生成とその電子状態解析

ニュースレターを購読する

ファブリシオ・パンプローナについて