Kínverskir vísindamenn hafa samstillt sexhyrndan tígul með stærð 100 míkrómetra

Eftir næstum tíu ára stöðugar rannsóknir hefur alþjóðlega rannsóknarteymi Peking High spennuvísindarannsóknarmiðstöð og Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics, kínverska vísindaakademían, gert mikil bylting. Vísindamenn hafa umbreytt hágæða grafít eins kristal undanfara í sexhyrndan tígul á míkrómetra stigi og þetta afrek var birt í alþjóðlega opinbera tímaritinu Nature á 30. sæti.

 

Sexhyrnd demantur Sýnir vélræna eiginleika sem eru sambærilegir við rúmmetra. Ólíkt rúmmetra demöntum með aðeins einni kolefnisbindingu lengd, sýna sexhyrndir demantar tvo mismunandi dreifingareinkenni tengingarlengdar. Sagt er frá því að bil milli millibili sé verulega stytt og þessi einstaka staflaaðferð kolefnisatómanna geti í raun sigrast á eðlislægum veikleika rennibrautar á þéttu stafla yfirborði rúmmetra.

 

Nýmyndun sexhyrnds demants hefur alltaf verið mikil áskorun í vísindasamfélaginu. Strax árið 1967 uppgötvuðu bandarískir vísindamenn fyrst þennan sjaldgæfa „Super Diamond“ í loftsteini gíg, sem vakti mikla athygli vegna sexhyrndra kristalbyggingar. Samt sem áður eru myndunarskilyrði sexhyrndra demöntum afar strangar og áður gátu þeir aðeins lifað með loftsteinum við nanóskalann.

 

Rannsóknarteymið hannaði nýstárlega háhita og háþrýsting tilraunaáætlun. Vísindamenn hafa framkvæmt rannsóknir á staðnum á skipulagsbreytingum grafíts við öfgafullan þrýsting og háhitaaðstæður með því að nota leysir upphitaða demantstækni. Tilraunir hafa komist að því að grafít myndar „eftir grafítfasa“ háþrýstingsbyggingu á háþrýstingssviðinu og síðan er sexhyrndum demanti fenginn með staðbundinni upphitun.

 

Á sama tíma sameinaði rannsóknarhópurinn stórfellda uppgerð sameindafræðinnar um sameindakenningu til að sýna mikilvægu hlutverki grafítlags stafla stillingar við myndun sexhyrndra demantsbygginga. Þessi uppgötvun staðfestir nýja leið fyrir grafít til að mynda sexhyrndan tígul í gegnum grafítfasa eftir og opna nýjar tæknilegar leiðbeiningar til að framleiða ofurhæft efni.

 

Tilraunagögn sýna að samstilltur sexhyrnd demantur hefur allt að 155GPA hörku, sem er yfir náttúrulegum demanti um meira en 40%. Í tómarúmsumhverfi getur hitastöðugleiki þess náð 1100 gráðu, sem er verulega betri en 900 gráðu afköst nanodiamonds. Þessir ágætu eðlisfræðilegu eiginleikar gera sexhyrndan tígul sýna mikla möguleika í iðnaðarnotkun.

 

Þessi kerfisbundna rannsókn lauk yfir 60 ára námsdeilum varðandi fjölþjóðlega tilvist sexhyrndra demöntum. Rannsóknarniðurstöður veita ekki aðeins sterkar vísbendingar um sjálfstæða tilvist sexhyrnds demants, heldur leggja einnig traustan grunn fyrir þróun þess sem ný kynslóð af afkastamiklum virkni. Búist er við að þetta bylting muni knýja tækninýjungar á sviði ofurhördra efna og sprauta nýjum hvata í þróun skyldra atvinnugreina.

 

Hvað erSexhyrnd demantur?

Sexhyrndur demantur (HD), einnig kallaður Lonsdaleite, er sexhyrnd lönd kolefnis þar sem hvert kolefnisatóm er sp³-hybridized og tetrahedrally tengt við fjóra nágranna og myndar þrívíddar samgildir ramma. Fyrst spáð árið 1962 og greindist árið 1967 í loftsteini frá Canyon Diablo (Arizona), var það nefnt eftir kristallafræðinginn Kathleen Lonsdale. Í áratugi voru aðeins nanoscale brot eða truflaðir samloðun tiltækir, þannig að tilvist þess sem sérstakur áfangi og eðlislægir eiginleikar hans héldu umdeildir. Árið 2025 var teymi undir forystu prófessors Ho-Kwang (Dave) Mao í Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research samstillt millimetra stór, mjög skipað eins fasa Lonsdaleite með því að þjappa og hita hágæða grafít stakan kristalla undir stjórnaðri hálf-svifandi þrýstingi. Rafeindasmásjá leiddi í ljós beina umbreytingu grafít (1010) í HD (0002) og grafít (0002) í HD (1010). Sýnin sem myndast eru næstum hrein lonsdaleite með aðeins snefil galla og sýna hörku sem er örlítið umfram rúmmetra.

 

Hvernig er Lonsdaleite frábrugðið tenings demanti?

Lonsdaleite (sexhyrnd demantur) er frábrugðinn rúmmetra á fjórum lykilleiðum:

1 Crystal Symmetry og stafla
• Lonsdaleite: sexhyrnd grindur, geimhópur P6₃/MMC; SP³-tengdu kolefnislögin eru staflað í AB-AB röð meðfram C-ásnum.
• Cubic demantur: andlits-miðju rúmlega grindurnar, geimhópur FD-3M; Lög fylgja ABC-ABC röð.

 

2 grindarbreytur
• Lonsdaleite: A ≈ 2,51 Å, C ≈ 4,12 Å.
• Cubic Diamond: A=3.5668 Å.

 

3 Stöðugleiki og orka
• Lonsdaleite er ~ 0,025 eV á hvert atóm sem er hærra í orku en rúmmetra, sem gerir það meinvörp.

 

4 Vélrænir eiginleikar
• Kenning og nýleg MM-kvarðakristalgervill bendir til þess að lonsdaleit

Erfiðara á {0001} planinu vs Diamond {111}).
• Cubic demantur er áfram viðmiðið fyrir hörku (MOHS 10) og er auðveldlega búið til í lausu formi.

 

Þar af leiðandi gefur sexhyrnd stafla Lonsdaleite og aðeins lengri bindingu rúmfræði það lítillega yfirburði fræðilegs hörku, en rúmmetra demantur býður upp á meiri hitafræðilegan stöðugleika og auðvelda framleiðslu.