Ученые впервые синтезировали новую, более прочную форму алмаза — гексагональный алмаз (HD) беспрецедентной чистоты.
Данный материал обладает уникальной структурой и значительно превосходит обычный алмаз с кубической кристаллической решеткой по прочности и другим механическим характеристикам. Результаты работы исследователей из Китая открывают новую эру в изучении углеродных материалов с выдающимися физическими свойствами.
Гексагональный алмаз, известный также как лонсдейлит, ранее встречался только в природе — например, в метеорите Каньон Диабло. Его возникновение связывают с экстремальными условиями: очевидно, высокая температура и давление при падении метеорита преобразовали графит в структуру HD. Однако воспроизвести эти условия в лаборатории оказалось крайне сложно. Ранее полученные китайскими и американскими учеными образцы были слишком малы или содержали значительные примеси, что не позволяло точно изучить свойства HD. Новая работа кардинально меняет ситуацию.
Команда исследователей применила усовершенствованную методику, при которой высококачественные монокристаллы гексагонального графита подвергались равномерному сжатию и нагреву в специально созданной квазигидростатической среде. Используя алмазную наковальню и прессовую установку, они добились минимальных вариаций напряжения при обработке материала. Это позволило впервые получить гексагональный алмаз в виде массивного образца, который сохранил структуру и свойства даже при обычных условиях окружающей среды.
Полученный результат превзошел ожидания: материал оказался почти идеально чистым, с высокой упорядоченностью структуры. Электронная микроскопия высокого разрешения и спектроскопия подтвердили полное преобразование углеродных связей из sp2 (характерных для графита) в sp3 (типичных для алмаза). При этом межслоевые связи в HD оказались более короткими и прочными, чем в обычном кубическом алмазе — именно это, по мнению авторов, делает HD потенциально более твердым материалом.
Тестирование на микротвердость по Виккерсу показало, что гексагональный алмаз демонстрирует несколько более высокие показатели сопротивления пластической деформации по сравнению с кубическим алмазом, который долгое время считался самым твердым материалом на Земле. Это подтверждает, что HD действительно является отдельной фазой углерода с выдающимися механическими характеристиками.
Ученые уверены, что точная настройка параметров давления и температуры, а также дополнительная очистка графитового прекурсора позволят в будущем получать HD еще более высокого качества, с потенциально революционными свойствами. Благодаря этим открытиям гексагональный алмаз может стать основой для создания современных материалов будущего, которые найдут применение в сфере квантовых технологий, а также для разработки биосенсоров и бурового оборудования. Материал, который долгое время оставался лишь теорией или уникальной природной находкой, теперь становится реальностью — и, возможно, со временем заменит традиционный алмаз в самых сложных и требовательных инженерных задачах.
Фото: hi-tech.mail.ru