2020. gada novembrī tika publicēts raksts, kurā tika ziņots par sintēzi par a nanokristālisko dimantu un lonsdaleītu istabas temperatūrā, ko līdz šim uzskatīja par neiespējamu.

Sintezi veica zem 80 GPa spiediena no nekristāliska oglekļa parauga prekursora. Tas bija iespējams tikai ar augstu spiedienu un bīdes spriegumu, kas ir "svarīgi, lai veicinātu fāžu veidošanos, jo var palīdzēt pārvarēt kinētiskos šķēršļus", rakstā teikts.

Pētījuma rezultāti balstās uz ļoti izplatītu elektronu mikroskopijas metodi, ko plaši izmanto kristalogrāfijā, kas ir eksperimentālā joma, kurā pēta atomu izvietojumu kristāliskās cietvielās, šajā rakstā aplūkotajā gadījumā - dimantā un lonsdaleītā.

Dimants, mazais (vai arī ne) un dārgais spīdīgās klints gabals, ir ne tikai dārga rotaslieta, bet arī ārkārtīgi svarīgs materiāls, pateicoties tā īpašībām, kas ļauj to izmantot gan parastās, gan ekstrēmās vidēs.

Dažas noderīgas īpašības ir ārkārtīgi augsta cietība, augsta siltumvadītspēja, un to var izmantot arī biomedicīnā.

Lonsdaleīts ir dimantam līdzīgs materiāls ar nelielām atšķirībām kristāliskajā struktūrā, salīdzinot ar dimantu, bet dimantam piemīt kubiskā kristāliskā struktūra ar tetraedriski saistītu oglekli, lonsdeilītam ir heksagonālā kristāliskā struktūra, kas ir retāk sastopams pārkārtojuma veids.

Lielākā daļa pētījumu par dimanta sintēzi liecina, ka ir nepieciešamas divas ierosmes formas, lai pārvarētu materiālu fāžu izmaiņu augsto kinētisko barjeru.

Dimanta un lonsdaleīta sintēzei laboratorijā parasti izmanto augstu spiedienu un paaugstinātu temperatūru.

Mūsdienās zinātniekiem ir diagramma, kas parāda kāda materiāla fizikālo stāvokli atkarībā no temperatūras un spiediena, ko sauc par. fāžu diagramma. Ļoti slavens un noderīgs palīglīdzeklis zinātniekiem, lai uzzinātu, kāda temperatūra un spiediens ir nepieciešami, lai sasniegtu konkrētu stāvokli, piemēram, cietu, šķidru vai gāzveida. Oglekļa atomi, grafīts un dimants ir divi cietā stāvoklī esoši piemēri.

Ja paskatās uz oglekļa diagramma, dimanta stāvokli varētu sasniegt istabas temperatūrā virs 2GPa spiediena, taču realitātē ir jāņem vērā citi faktori, kas var radīt milzīgas atšķirības gala rezultātā. Viens no šiem faktoriem, kas minēts rakstā, ir bīdes spriegums.

Šļaušanas spriegumu pazīst kā procesu, kurā paralēli slāņi slīd viens caur otru. Ļoti vienkāršs piemērs tam ir, kad jūs saliekat rokas kopā un sākat slīdēt viena uz otras - piemēram, kad jūtaties auksti un vēlaties sasildīt rokas - šī kustība rada bīdes spriegumu rokās vai izmantotajā materiālā.

Bīdes spriegums var veicināt materiālu fāžu maiņu. Neņemot vērā temperatūru, slīdes spriegums, izrādās, ir svarīgs komponents tam, kā "dimants var veidoties daudz plašākā vidē, gan sauszemes, gan ārpuszemes, nekā uzskatīts iepriekš", taču, lai apstiprinātu slīdes sprieguma ietekmi, ir nepieciešami vēl daudzi pētījumi. Arī lonsdaleīta veidošanās ir saistīta ar bīdes spriegumu. 

Mēģinot iegūt dimantu un lonsdaleītu istabas temperatūrā, zinātnieki saspieda stiklveida oglekļa paraugus 80 × 10 % apmērā.9Pa - tas ir liels spiediens, daudz, daudz lielāks nekā tas, ko jūs izjutāt, kārtojot kārtējo pārbaudījumu koledžā.

Šis skaitlis ir līdzvērtīgs gandrīz 800 tūkstošu atmosfēras spiedienam - mēs dzīvojam tikai vienā atmosfērā.

Zinātnieki analizēja paraugu rezultātus, izmantojot trīs dažādus elektronu mikroskopijas veidus. Ramana spektroskopija, rentgenstaru difrakcija un TEM (transmisijas elektronu mikroskopija). Aplūkosim katru no tiem.

Portāls Ramana spektroskopija ir metode, kas ļauj noteikt konkrēta materiāla strukturālo pirkstu nospiedumu, izmantojot molekulu vibrācijas režīmi.

Parauga materiāls mijiedarbojas ar monohromatisku gaismu - parasti lāzeru - absorbējot un emitējot fotonus neelastīgās izkliedes veidā, citiem vārdiem sakot, parauga molekulārā vibrācija absorbē vairākus fotonus, absorbētais daudzums atšķiras no emitētā.

Šī atšķirība tiek konstatēta, un galarezultāts ļauj zinātniekiem iegūt informāciju par parauga struktūru.

Rentgena staru difrakcija metode ietver elektronu stara izmantošanu monohromatiskās gaismas vietā. Ņemot vērā atomu izvietojuma modeļus kristāliskajā struktūrā, kad rentgena staru kūlis sasniedz paraugu, tas izkliedējas daudzos dažādos leņķos un virzienos.

Zinātnieki var izmērīt šos leņķus un izkliedētā staru kūļa intensitāti, pārveidojot datus trīsdimensiju attēlā ar atomu atrašanās vietām kristālā.

Portāls TEM, transmisijas elektronu mikroskopija ir mikroskopijas metode, kurā gaismas, kā arī rentgena staru difrakcijas vietā izmanto elektronu staru kūli.

Paraugs tiek pakļauts staru kūlim, kas caur to iet cauri un ar fluorescences detektora palīdzību rada attēlu.

Šai metodei ir nepieciešama parauga sagatavošana uz režģa, un tā tiek apzīmēta kā izvairīga metode, jo analīzes laikā paraugs tiek iznīcināts.

Pēc mēģinājuma iegūt dimantu pētnieki ar Ramana metodi atklāja, ka paraugi sastāv tikai no grafīta materiāla.

Tomēr rentgenstaru difrakcijas modeļi uzrādīja atšķirīgus rezultātus, pierādot lonsdaleīta (12%), dimanta (3%) un grafīta (85%) klātbūtni.

Šie atšķirīgie rezultāti ir izskaidrojami ar katras metodes atšķirībām. Ramana metode spēj analizēt tikai materiālu virsmu, savukārt rentgena staru difrakcija var analizēt visu parauga biezumu.

Kopumā šis rezultāts pierāda, ka tādu cietu materiālu kā dimants veidošanos nosaka ne tikai spiediens un temperatūra.

Materiālu veidošanos var izraisīt arī citi faktori, piemēram, bīdes spriegums vai faktori, kurus zinātne vēl pat nezina.

Iespējams, nākotnē, kad šī kompresijas tehnika būs nostiprinājusies labāk, padarot dimanta ražošanu lētāku, zinātne varēs pilnībā izmantot šī materiāla priekšrocības. 

_____

Vai jūs jau esat Mind the Graph lietotājs? Ja tā nav, varat sākt tieši tagad! Varat arī noklikšķināt uz šeit lai apskatītu mūsu zinātnisko ilustrāciju galeriju, jums nav jāsāk projekts no nulles! 

Saistītie raksti
logotipa abonements

Abonēt mūsu biļetenu

Ekskluzīvs augstas kvalitātes saturs par efektīvu vizuālo
komunikācija zinātnē.

- Ekskluzīvs ceļvedis
- Dizaina padomi
- Zinātnes jaunumi un tendences
- Mācību pamācības un veidnes