ダイヤモンドは長らく自然界で最も硬い物質として称賛されてきましたが、その地位は揺るぎないかもしれません。中国の研究チームが先日、ネイチャー誌に画期的な研究論文を発表しました。この研究では、理論上ダイヤモンドより60%も硬い炭素材料、六方晶ダイヤモンド（HD）の合成に成功しました。この成果は従来の常識を覆すだけでなく、超硬質材料の開発やハイテク用途への新たな道を開く可能性を秘めています。
カタログ
ダイヤモンドと六方ダイヤモンドの違い：立方構造と六方構造
従来のダイヤモンドは立方格子構造を有し、各炭素原子は隣接する4つの炭素原子と安定したsp³共有結合を形成し、強固な四面体ネットワークを形成します。この構造により、ダイヤモンドは並外れた硬度と優れた物理的特性を有します。
しかし、科学者たちは60年も前に、別の炭素構造、すなわち立方晶ダイヤモンドとは異なり六角形の格子配列を持つ六方晶ダイヤモンドの存在を予測していました。理論的には、この構造は優れた機械的特性を有しますが、純粋な状態で合成することは常に困難でした。
自然のHD：宇宙からの証拠
自然界では、科学者たちは隕石衝突地点で微量の六方晶系ダイヤモンドを発見しています。例えば、米国アリゾナ州のディアブロ・クレーターでは、天然に存在する六方晶系ダイヤモンドの一種であるロンズデーライトが発見されています。これらの鉱物は、隕石がグラファイトに衝突した際に生じる高温高圧の環境で形成されることが多いです。
しかし、これらの天然サンプルは、グラファイトや立方ダイヤモンドなどの他の炭素相と混合されていることが多く、粒子が極めて小さく純度が非常に低いため、材料科学の実際の分野では使用できません。
研究のブレークスルー：純粋なバルク六方晶ダイヤモンドの合成に成功
北京高圧科学研究センターの研究チームは、8年間にわたる実験を重ね、ついに純度100%に近いHD結晶ブロックを合成しました。直径1mm、厚さ70ミクロンのこのサンプルは、これまでで最大かつ最も純度の高い実験サンプルです。
研究者たちは、高品質の単結晶グラファイトを出発物質として用い、特殊なダイヤモンドアンビルセル（DAC）とマルチアンビルプレスを用いて、極めて均一な圧力と高温を印加することで、隕石衝突時の環境を再現しました。また、シンクロトロン放射光と電子顕微鏡を用いて構造を確認しました。これは、屋内で大型かつ完全に構造化されたHD結晶の製造に初めて成功した事例です。
分子構造の秘密：より強い層間結合
ラマン分光法や赤外分光法といった高度な技術を駆使し、研究チームはHD構造中の炭素結合はすべてsp³σ結合であり、sp²π結合（グラファイトの特徴）は存在しないことを発見しました。特に注目すべきは、HD構造の層間にある結合の1種類が他の3種類よりも著しく短いことです。これは層間力がより強いことを示しており、これが高い硬度に寄与しています。
ビッカース硬度試験では、HD ダイヤモンドは従来のダイヤモンドよりも塑性変形に対する耐性が著しく高く、その超硬特性は理論上のものであるだけでなく、実験的に検証できることが証明されています。
HDの潜在的応用：掘削ツールから量子技術まで
今後は、より厚みと物理的容量が大きいHD材料を生産し、ネックチップ、柔軟な超硬工具材料、冷却用の地熱探査、深部鉱物採掘、耐摩耗性の高い機械部品など、より強力な用途に使用できるようにします。
さらに、HD は、その高い機械的安定性と完全な sp³ 構造により、量子コンピューティング デバイス、微小電気機械システム (MEMS)、高周波電子部品などの最先端技術でも重要な役割を果たす可能性があります。
それは単なるダイヤモンドではない：科学と材料の未来における画期的な出来事
ダイヤモンドという名前は、ギリシャ語で「征服不能」を意味する「アダマス」に由来しています。六方晶系ダイヤモンドの発見は、「最も硬い物質」に対する私たちの理解を塗り替えるかもしれません。これは材料科学における画期的な出来事であるだけでなく、人類が自然の限界に挑戦する能力における新たな飛躍的進歩を象徴するものでもあります。
プロセス条件をさらに最適化し、前駆体の純度を向上させ、圧力や温度などのパラメータを調節することで、ダイヤモンドよりも硬いこの炭素材料が将来的に大量生産され、ハイテク産業と量子時代に向けてより強固な基盤を築くことが期待されます。
参照
- 自然 (2025)。 DOI: 10.1038/s41586-025-09343-x
- ダイヤモンドより60%硬い、科学者がバルク六方晶ダイヤモンドの合成に成功
- 科学者たちは理論的に予測された六方結晶構造を持つスーパーダイヤモンドを設計した
研削に関しては、カスタマイズされた調整を提供し、処理要件に応じて比率を調整して最高の効率を実現します。
どんな質問に答えるために、ぜひ私達に連絡する。
オーダーメイドのお見積もりについては、お気軽にお問い合わせください。
カスタマーサービス営業時間：月～金 09:00～18:00（台湾時間）
電話番号: +8867 223 1058
知りたいテーマや、はっきりしない電話があれば、Facebookにプライベートメッセージを送ってもいいですよ
ホンウェイ Facebook: https://www.facebook.com/honwaygroup
以下もご興味があるかもしれません…
[wpb-random-posts]
