Физики научились выращивать в лаборатории сверхтвердые гексагональные алмазы
Ученые сумели получить в лабораторных условиях гексагональный алмаз. Эта более твердая форма драгоценного материала, которую безуспешно пытались синтезировать десятилетиями, может стать основой для исключительно прочных режущих и буровых инструментов.
Традиционные алмазы имеют кубическую кристаллическую структуру. Однако как минимум 60 лет науке известна другая форма — гексагональный алмаз, который значительно прочнее благодаря отсутствию в его кристаллах однородных линий сдвига, по которым могут распространяться изломы.
Природный гексагональный алмаз встречается в метеоритах под названием лонсдейлит, но только в смеси с кубическим алмазом. Предыдущие попытки синтезировать гексагональные алмазы давали лишь микроскопические количества и были недостаточно чистыми.
Десятилетия экспериментов дали свои плоды — ученым удалось создать сравнительно крупный образец гексагонального алмаза диаметром 1 миллиметр и толщиной 70 микрометров с чистотой, близкой к 100%. Статья о достижении вышла в Nature.
Обычные алмазы синтезируют уже давно, а для получения гексагональной формы пришлось подобрать оптимальное сочетание давления и температуры: 1400 °C и 20 гигапаскалей — в 200 000 раз больше атмосферного.
«Такой материал никогда не создавался прежде, поэтому его свойства необходимо тщательно изучить. Это невероятно ценно. Но как только мы узнаем, как его производить, это смогут делать все. Поэтому важно запатентовать технологию и найти способ снизить стоимость», — поделился геофизик Хо-Кван Мао из Центра науки и технологий высоких давлений в Пекине.
По расчетам, гексагональные алмазы должны быть примерно на 60% прочнее обычных из-за своей структуры. Твердость кубического алмаза в тесте Виккерса составляет около 115 ГПа. Образец, созданный командой Мао, показал 120 ГПа, но ученые уверены, что смогут значительно улучшить этот показатель по мере совершенствования технологии.
Если удастся синтезировать гексагональные алмазы достаточной толщины, они смогут использоваться для создания более твердых и износостойких инструментов в различных отраслях, например, для бурения в геотермальной энергетике, отметил профессор Джеймс Эллиотт из Кембриджского университета: «Очевидно, что чем глубже буришь — тем жарче становится, [и] это поможет проникать глубже под землю».
