科学者たちは、天然ダイヤモンドより40％硬く、産業用途に大きな可能性を秘めたスーパーダイヤモンドを合成した。

中国の吉林大学と中山大学の研究チームは最近、実験室で超硬質で高品質な「スーパーダイヤモンド」の合成に成功しました。このダイヤモンドは天然ダイヤモンドより約40%強度が高く、優れた熱安定性を備えています。この画期的な成果は、今月初めに国際的に著名な科学誌「ネイチャー・マテリアルズ」に掲載されました。

六角形のダイヤモンド：宇宙からのインスピレーション

従来のダイヤモンドは主に立方晶系の結晶構造ですが、今回研究チームが合成したのは、六角形の格子構造を持つ「六方晶ダイヤモンド」（ロンズデーライトとも呼ばれます）です。このタイプのダイヤモンドは自然界では非常に稀で、1967年に米国アリゾナ州に落下した隕石から初めて発見されました。この隕石はバリンジャークレーターを形成しました。当時、科学者たちは、隕石衝突によって発生した極めて高い圧力と高温によってグラファイトが、グラファイトを保持したまま平行六角格子構造を持つ六方晶ダイヤモンドへと変化したのではないかと推測していました。

しかし、この天然六方晶ダイヤモンドは極めて希少でサイズも小さいため、長らく有効活用が不可能でした。過去には実験による合成も試みられましたが、成功例は少なく、品質も不安定でした。

グラファイト転換への道を切り開く：ポストグラファイト段階と限界条件

今回の中国研究者の成功の鍵は、グラファイトが超高圧条件下で「ポストグラファイト相」と呼ばれる新しい構造を形成することを発見したことです。この状態では、高圧下で加熱・圧縮されると、グラファイトは結晶化が進み、ほぼ純粋な六方晶ダイヤモンドへと変化します。

実験によると、この合成六方晶ダイヤモンドは最大155GPaの圧力に耐え、最大1100℃の熱安定性を有しており、天然ダイヤモンド（約100GPa、最大700℃）をはるかに上回っています。また、物理的特性も100ナノメートル未満の従来のナノダイヤモンドよりも大幅に優れています。

産業応用と将来の展望

研究チームは、この超硬質材料は高強度加工、精密掘削、切削工具などに大きな応用可能性を秘めていると指摘した。さらに、米国の研究でも六方晶ダイヤモンドは立方晶ダイヤモンドよりも硬い可能性があることが示されており、ハイエンド製造業におけるその価値がさらに高まっている。

六角形ダイヤモンドは工業用途に加え、将来的には宝飾品市場における新たな選択肢となる可能性があると一部の科学者は指摘しています。例えば、婚約指輪などの高級ジュエリーに使用される可能性があります。その独特な構造と希少性は、従来のダイヤモンドの代替品となる可能性を秘めています。

この画期的な発見は、グラファイトがダイヤモンドに変化する過程を人類が理解するための新たな理論的枠組みを提供するだけでなく、将来の新たな超硬質材料の開発に向けた実験的基礎と技術的道筋も提供します。

参考文献

• 科学者たちは天然ダイヤモンドより40%も強度が高い超硬ダイヤモンドを開発しました
• Scientists make ‘super diamond’ 40% harder than real thing

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