Sześciokątne diamenty wykonane w laboratorium sztywniejsze niż naturalne
Najtwardszy materiał stworzony przez naturę ma teraz konkurencję. Po raz pierwszy naukowcy mają dowody na to, że sześciokątne diamenty stworzone przez człowieka są sztywniejsze niż zwykłe diamenty sześcienne występujące w przyrodzie i często używane w biżuterii.
Nazwane ze względu na sześciostronną strukturę kryształową, sześciokątne diamenty były znajdowane w niektórych miejscach uderzenia meteorytów, inne były tworzone w laboratoriach.
Teraz naukowcy z Washington State University's Institute for Shock Physics stworzyli sześciokątne diamenty wystarczająco duże, aby zmierzyć ich sztywność za pomocą fal dźwiękowych. Ich ustalenia są szczegółowo opisane w niedawnym artykule w Physical Review B.
"Diament to bardzo unikalny materiał", powiedział Yogendra Gupta, dyrektor Instytutu Fizyki Wstrząsów. Jest nie tylko najsilniejszy — ma piękne właściwości optyczne i bardzo wysoką przewodność cieplną. Teraz stworzyliśmy sześciokątną formę diamentu, wyprodukowaną w ramach eksperymentów kompresji wstrząsów, która jest znacznie sztywniejsza i silniejsza niż zwykłe diamenty."
Naukowcy od dawna chcieli stworzyć materiał twardszy niż naturalne diamenty, który mógłby mieć wiele zastosowań w przemyśle. Wielu z nich twierdziło, że sześciokątne diamenty będą twardsze, teraz badanie WSU dostarcza pierwszych eksperymentalnych dowodów, że są.
Główny autor Travis Volz, obecnie doktorant w Lawrence Livermore National Laboratory, skupił swoją pracę doktorską na tworzeniu sześciokątnych diamentów z grafitu. W tym badaniu Volz i Gupta używali prochu strzelniczego i sprężonego gazu do rozpędzania małych dysków grafitowych o wielkości bilonu do prędkości około 15 000 mil na godzinę i uderzania nimi w przezroczysty materiał. Uderzenie wywołało fale uderzeniowe w dyskach, które bardzo szybko przekształciły je w sześciokątne diamenty.
Natychmiast po uderzeniu naukowcy stworzyli małą falę dźwiękową i użyli laserów do pomiaru jej ruchu przez diament. Dźwięk porusza się szybciej dzięki sztywniejszemu materiałowi. Wcześniej dźwięk poruszał się najszybciej przez sześcienny diament. W laboratorium sześciokątnych diamentów poruszał się szybciej.
Każdy proces przebiegał w czasie kilku miliardowych sekundy ,ale naukowcy byli w stanie wykonać pomiary sztywności, zanim uderzenie z dużą prędkością zniszczyło diament.
Sztywność to zdolność materiału do odparcia deformacji pod wpływem siły lub ciśnienia - na przykład skała jest sztywniejsza niż guma, ponieważ guma zgina się po naciśnięciu. Twardość jest odpornością na zarysowania lub inne odkształcenia powierzchni.
Jeśli nauka jest na takim poziomie, że umożliwia tworzenie i odzyskiwanie sześciokątnych diamentów wykonanych w laboratorium, to otwiera to nowe możliwości.
"Twarde materiały są przydatne do obróbki", powiedział Volz. "Diament był używany przez długi czas na przykład w wiertłach. Ponieważ odkryliśmy, że sześciokątny diament jest prawdopodobnie trudniejszy do obróbki niż diament sześcienny, to może być doskonałą alternatywą dla wiercenia lub dowolnego zastosowania, w którym używany jest diament sześcienny."
Podczas gdy zalety przemysłowe są oczywiste, Gupta powiedział, że możliwe jest aby sześciokątne diamenty pewnego dnia trafiły na pierścionki zaręczynowe. Obecnie wykonane w laboratorium diamenty sześcienne mają mniejszą wartość w porównaniu do ich naturalnych odpowiedników, ale są prawdopodobnie bardziej nowatorskie.
"Jeśli pewnego dnia będziemy mogli je produkować i polerować to myślę, że będzie na nie większy popyt niż na diamenty sześcienne", powiedział Gupta. "Jeśli ktoś ci powie: Spójrz, dam Ci dwa diamenty: jeden jest o wiele rzadszy niż drugi. Który z nich wybierzesz?"
