상온에서 다이아몬드 형성

2020년 11월, 다음의 합성물을 보고하는 기사가 발표되었습니다. a 나노 결정질 다이아몬드와 론스데일라이트를 상온에서 가공하는 것은 오늘날까지 불가능하다고 여겨졌습니다.

합성은 비결정성 탄소 시료 전구체에서 80GPa의 압력 하에서 수행되었습니다. 이는 높은 압력과 전단 응력이 있어야만 가능했는데, 두 가지 모두 "운동 장벽을 극복하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 상 형성을 촉진하는 데 중요하다"고 합니다, 기사에 따르면

이 연구의 결과는 결정 고체의 원자 배열을 연구하는 실험 분야인 결정학에서 매우 일반적으로 사용되는 전자 현미경 기법(본 기사의 경우 다이아몬드 및 론스데일라이트)을 사용한 것입니다.

작고 귀한 반짝이는 암석 조각인 다이아몬드는 값비싼 보석일 뿐만 아니라 그 특성으로 인해 일반 환경과 극한 환경 모두에서 사용할 수 있는 매우 중요한 소재이기도 합니다.

극한의 경도, 높은 열전도율 등 몇 가지 유용한 특성이 있으며 생의학 응용 분야에도 사용할 수 있습니다.

론스데일라이트는 다이아몬드와 비슷한 물질로 다이아몬드와 비교했을 때 결정 구조에 거의 차이가 없는 반면, 다이아몬드는 큐빅 결정 구조 사면체 탄소가 결합된 론스데일라이트는 육각형 결정 구조보다 덜 일반적인 형태의 재배치입니다.

다이아몬드 합성에 관한 대부분의 연구는 물질 상 변화의 높은 운동 장벽을 뛰어넘기 위해 두 가지 여기 형태가 필요하다고 보고합니다.

실험실 내부에서 다이아몬드와 론스데일라이트를 합성할 때는 일반적으로 고압과 고온을 사용합니다.

오늘날 과학자들은 온도와 압력에 따라 일부 물질의 물리적 상태를 보여주는 다이어그램을 가지고 있습니다. 위상 다이어그램. 매우 유명하고 과학자들이 고체, 액체, 기체와 같은 특정 상태에 도달하는 데 필요한 온도와 압력을 알 수 있는 유용한 가이드 도구입니다. 탄소 원자에서 흑연과 다이아몬드는 고체 상태의 두 가지 예입니다.

를 보면 탄소 다이어그램다이아몬드 상태는 상온에서 2GPa 이상의 압력에서 달성할 수 있지만, 실제로는 최종 결과에 큰 차이를 유발할 수 있는 다른 요인을 고려해야 합니다. 기사에서 언급된 이러한 요인 중 하나는 다음과 같습니다. 전단 응력.

전단 응력은 평행한 층이 서로 미끄러지는 과정으로 알려져 있습니다. 아주 간단한 예로, 손이 차가워서 손을 따뜻하게 하고 싶을 때와 같이 두 손을 모았다가 서로 미끄러지기 시작하면 이러한 움직임으로 인해 손이나 사용 중인 재료에 전단 응력이 발생합니다.

전단 응력은 재료의 상 변화를 촉진할 수 있습니다. 온도를 고려하지 않고 전단 응력은 "다이아몬드가 이전에 믿었던 것보다 훨씬 더 넓은 범위의 육상 및 외계 환경에서 형성될 수 있는 방법"의 중요한 요소로 밝혀졌지만, 전단 응력 효과를 확인하려면 더 많은 연구가 필요합니다. 론데라이트 형성도 전단 응력과 관련이 있습니다.

상온에서 다이아몬드와 론스데일라이트를 생산하기 위해 과학자들은 유리질 탄소 샘플을 80×10의 압축 상태에 놓았습니다.⁹파 - 대학에서 정기 시험을 치를 때 느꼈던 압박감보다 훨씬 더 큰 압박감입니다.

이 수치는 거의 80만 기압에 해당하며, 우리는 단 1기압 아래에서 살고 있습니다.

과학자들은 세 가지 유형의 전자 현미경 기법을 통해 샘플 결과를 분석했습니다. 라만 분광법, X-선 회절법, 투과 전자 현미경(TEM)이 그것입니다. 각각을 살펴보도록 하겠습니다.

The 라만 분광법 를 사용하여 특정 재료의 구조적 지문을 제공하는 기술입니다. 분자의 진동 모드.

시료 물질은 단색광(일반적으로 레이저)과 상호작용하여 비탄성 산란 방식으로 광자를 흡수하고 방출합니다. 즉, 시료의 분자 진동이 여러 광자를 흡수하고 흡수되는 양과 방출되는 양이 다릅니다.

이 차이를 감지하고 최종 결과를 통해 과학자들은 샘플의 구조적 정보를 얻을 수 있습니다.

X-선 회절 기술은 단색광 대신 전자 빔을 사용합니다. 결정 구조의 원자 배열 패턴에 따라 X-선 빔이 시료에 도달하면 다양한 각도와 방향으로 회절합니다.

과학자들은 이러한 회절 빔의 각도와 강도를 측정하여 데이터를 결정 내 원자의 위치가 포함된 3차원 그림으로 변환할 수 있습니다.

The TEM, 투과 전자 현미경 는 X-선 회절과 빛 대신 전자 빔을 사용하는 현미경 기술입니다.

샘플이 빔에 노출되면 빔을 통과하여 형광 검출기의 도움으로 이미지를 생성합니다.

이 기법은 그리드에서 샘플을 준비해야 하며, 분석 중에 샘플이 파괴되는 등 샘플 손실이 발생하기 때문에 회피 기법으로 분류됩니다.

다이아몬드를 생산하려는 시도 후, 연구자들은 라만을 통해 샘플이 흑연 물질로만 구성되어 있음을 발견했습니다.

그러나 X-선 회절 패턴은 론데라이트(12%), 다이아몬드(3%), 흑연(85%)의 존재를 입증하는 다른 결과를 보여주었습니다.

이러한 상이한 결과는 각 기법의 차이로 설명됩니다. 라만은 물질의 표면만 분석할 수 있는 반면, X-선 회절은 시료의 전체 두께를 통과할 수 있습니다.

전반적으로 이 결과는 다이아몬드와 같은 단단한 물질이 형성되는 데는 압력과 온도뿐만 아니라 다른 요인도 영향을 미친다는 것을 증명합니다.

또한 전단 응력이나 과학이 아직 알지 못하는 요소와 같은 다른 요인으로 인해 물질 형성이 유도될 수 있습니다.

아마도 미래에 이 압축 기술이 더 잘 확립되어 다이아몬드 생산 비용이 저렴해지면 과학이 이 소재를 최대한 활용할 수 있을 것입니다.

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상온에서의 다이아몬드 형성 및 전자 분석

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