Kasım 2020'de, aşağıdaki çalışmaların sentezini bildiren bir makale yayınlandı a Oda sıcaklığında nanokristal elmas ve lonsdaleit, bugüne kadar yapılması imkansız kabul edilen bir şey.

Sentez, kristal olmayan bir karbon numunesi öncüsünden 80GPa basınç altında gerçekleştirilmiştir. Bu sadece yüksek basınç ve kayma gerilimi ile mümkün olmuştur, her ikisi de "kinetik engellerin üstesinden gelmeye yardımcı olabileceğinden faz oluşumunu teşvik etmek için önemlidir", makaleye göre.

Çalışmanın sonuçları, bu makalenin konusu olan Elmas ve Lonsdaleit gibi kristal katılardaki atomların düzenini inceleyen deneysel alan olan Kristalografi'de oldukça yaygın olarak kullanılan bir elektron mikroskobu tekniğinin kullanımına dayanmaktadır.

Elmas, küçük (ya da değil) ve değerli parlak kaya parçası, sadece pahalı bir mücevher değil, aynı zamanda normal ve aşırı ortamlarda kullanılmasına izin veren özellikleri nedeniyle son derece önemli bir malzemedir.

Bazı yararlı özellikleri, aşırı sertlik, yüksek termal iletkenlik ve diğerlerinin yanı sıra biyomedikal uygulamalarda da kullanılabilmesidir.

Lonsdaleite, elmasla karşılaştırıldığında kristal yapısında çok az farklılık olan elmas benzeri bir malzemedir. kübik kristal yapı tetrahedrally bağlı bir karbon ile, Lonsdaleite bir altıgen kristal yapıdaha az yaygın bir yeniden düzenleme şeklidir.

Elmas senteziyle ilgili çoğu araştırma, malzeme faz değişimlerinin yüksek kinetik bariyerini aşmak için iki uyarım formuna ihtiyaç duyulduğunu bildirmektedir.

Laboratuvarda elmas ve lonsdaleit sentezlemek için genellikle yüksek basınç ve yüksek sıcaklık kullanılır.

Günümüzde bilim adamları, sıcaklık ve basınca bağlı olarak bazı malzemelerin fiziksel durumlarını gösteren bir diyagrama sahiptir. faz diyagramı. Çok ünlü ve Bilim insanlarının katı, sıvı veya gaz gibi belirli bir duruma ulaşmak için hangi sıcaklık ve basınca ihtiyaç duyulduğunu bilmeleri için yararlı bir kılavuz araçtır. Karbon atomlarında grafit ve elmas katı hallere iki örnektir.

Eğer bakarsanız karbon di̇yagramiElmas durumuna oda sıcaklığında 2GPa basıncın üzerinde ulaşılabilir, ancak gerçekte, nihai sonuçta büyük bir farka neden olabilecek diğer faktörlerin dikkate alınması gerekir. Makalede bahsedilen bu faktörlerden biri şudur kayma gerilimi.

Kayma gerilimi, paralel katmanların birbirinin içinden kaydığı bir süreç olarak bilinir. Bunun çok basit bir örneği, ellerinizi bir araya getirdiğinizde ve bir diğerinin üzerinde kaydırmaya başladığınızda - soğuk hissettiğinizde ve ellerinizi ısıtmak istediğinizde olduğu gibi - bu hareket ellerde veya kullanılan malzemede kayma gerilimi yaratır.

Kayma gerilimi malzemelerin faz değişimini teşvik edebilir. Sıcaklık dikkate alınmadığında, kayma gerilimi "elmasın hem karasal hem de dünya dışı olmak üzere daha önce inanılandan çok daha geniş bir ortam aralığında nasıl oluşabileceğinin" önemli bir bileşeni haline gelmektedir, ancak kayma gerilimi etkilerini doğrulamak için daha birçok çalışmaya ihtiyaç vardır. Lonsdaleit oluşumu da kayma gerilimi ile ilişkilendirilmiştir. 

Oda sıcaklığında elmas ve lonsdaleit üretmeye çalışan bilim insanları, camsı karbon örneklerini 80×109Baba - bu çok büyük bir baskı, üniversitede normal bir sınava girerken hissettiğin baskıdan çok çok daha fazla.

Bu sayı neredeyse 800 bin atmosfer basınca eşdeğerdir - biz sadece bir atmosfer altında yaşıyoruz.

Bilim insanları numune sonuçlarını üç farklı elektron mikroskobu tekniğiyle analiz etti. Raman Spektroskopisi, X-ışını kırınımı ve TEM (transmisyon elektron mikroskopisi). Şimdi bunların her birine göz atalım.

Bu Raman Spektroskopisi kullanarak belirli bir malzemenin yapısal parmak izini sağlayan bir tekniktir. moleküllerin titreşim modları.

Örnek malzeme, tek renkli bir ışıkla - genellikle bir lazerle - etkileşime girerek elastik olmayan bir saçılma yoluyla fotonları emer ve yayar, başka bir deyişle, örneğin moleküler titreşimi bir dizi fotonu emer, emilen miktar yayılandan farklıdır.

Bu fark tespit edilir ve nihai sonuç bilim insanlarının numunenin yapısal bilgilerini elde etmelerini sağlar.

X-ışını kırınımı tekniği, monokromatik ışık yerine bir elektron ışınının kullanılmasını içerir. Kristal yapıdaki atomların diziliş biçimleri sayesinde, X-ışını demeti numuneye ulaştığında birçok farklı açı ve yönde kırınıma uğrar.

Bilim insanları, kırınıma uğrayan ışının bu açılarını ve yoğunluklarını ölçerek verileri atomun kristaldeki konumlarıyla birlikte üç boyutlu bir resme dönüştürebilirler.

Bu TEM, Geçirimli elektron mikroskobu X-ışını kırınımının yanı sıra ışık yerine elektron demeti kullanan bir mikroskopi tekniğidir.

Örnek, içinden geçerek bir floresan dedektörü yardımıyla bir görüntü oluşturan ışına maruz bırakılır.

Bu teknik, bir ızgara üzerinde numune hazırlanmasını gerektirir ve numune kaybı, analiz sırasında tahrip olması nedeniyle kaçamak bir teknik olarak etiketlenir.

Elmas üretme girişiminin ardından araştırmacılar, Raman aracılığıyla örneklerin yalnızca grafitik malzemeden oluştuğunu keşfetti.

Ancak, X-ışını kırınım desenleri farklı bir sonuç göstererek lonsdaleit (12%), elmas (3%) ve grafitin (85%) varlığını ortaya koymuştur.

Bu farklı sonuçlar, her bir teknikteki farklılıklarla açıklanmaktadır. Raman, malzemelerin sadece yüzeyini analiz edebilirken, X-ışını kırınımı numunenin tüm kalınlığını inceleyebilir.

Genel olarak bu sonuç, elmas gibi sert malzemelerin oluşumunun sadece basınç ve sıcaklığın bir sonucu olmadığını kanıtlamaktadır.

Ve kayma gerilimi gibi diğer faktörler veya bilimin henüz bilmediği faktörler malzeme oluşumuna neden olabilir.

Belki gelecekte, bu sıkıştırma tekniği kendini daha iyi kabul ettirip elmas üretimini ucuzlattığında, bilim bu malzemeden tam anlamıyla faydalanabilecektir. 

_____

Siz zaten bir Mind the Graph Kullanıcı mı? Eğer bilmiyorsanız, başlayabilirsiniz Hemen şimdi.! Ayrıca tıklayabilirsiniz Burada Bilimsel İllüstrasyonlar galerimizi görmek için projenize sıfırdan başlamanıza gerek yok! 

İlgili Makaleler
logo-abone ol

Haber bültenimize abone olun

Etkili görseller hakkında özel yüksek kaliteli içerik
bilimde iletişim.

- Özel Rehber
- Tasarım ipuçları
- Bilimsel haberler ve trendler
- Öğreticiler ve şablonlar