Алмаз всегда считался самым твёрдым веществом в природе, но, возможно, этот статус скоро изменится. Недавно китайская исследовательская группа опубликовала в журнале «Nature» новаторское исследование, успешно синтезировав углеродный материал, который теоретически на 60% твёрже алмаза — блочный гексагональный алмаз (Hexagonal Diamond, сокращённо HD). Это достижение не только бросает вызов традиционным представлениям, но и может открыть новые горизонты для будущих сверхтвёрдых материалов и высокотехнологичных применений.
Оглавление
Разница между алмазом и гексагональным алмазом: кубическая и гексагональная структура
Традиционные алмазы имеют кубическую решетку, в которой каждый атом углерода образует стабильные ковалентные связи sp³ с четырьмя соседними атомами углерода, создавая прочную тетраэдрическую сетку. Такая структура обеспечивает алмазам исключительную твердость и превосходные физические свойства.
Однако ещё 60 лет назад учёные предсказали другую форму структуры углерода: гексагональный алмаз, имеющую гексагональную решётку, в отличие от кубического алмаза. Теоретически эта структура обладает превосходными механическими свойствами, но её всегда было сложно синтезировать в чистом виде.
Естественная HD: доказательства из космоса
В природе учёные обнаружили следы гексагональных алмазов в местах падения метеоритов. Например, лонсдейлит, природная форма HD, обнаружен в кратере Дьябло в Аризоне, США. Эти минералы часто образуются в условиях высоких температур и давления, возникающих при столкновении метеоритов с графитом.
Однако эти природные образцы часто смешаны с другими фазами углерода, такими как графит и кубический алмаз, и имеют чрезвычайно малые частицы и очень низкую чистоту, что делает их непригодными для использования в практических областях материаловедения.
Научный прорыв: успешный синтез чистого объемного гексагонального алмаза
После восьми лет многократных экспериментов исследовательская группа Пекинского научно-исследовательского центра высоких давлений наконец синтезировала блок HD-кристаллов с чистотой, близкой к 100%. Диаметр образца составляет 1 мм, а толщина — 70 микрон. Это самый большой и чистый экспериментальный образец на сегодняшний день.
В качестве сырья исследователи использовали высококачественный монокристаллический графит.В специальных камерах с алмазными наковальнями (DAC) и многонаковальных прессах применяются условия чрезвычайно равномерного давления и высокой температуры для имитации условий удара метеорита, при этом структура подтверждается с помощью методов синхротронного излучения и электронной микроскопии.Это первый случай успешного изготовления HD-кристалла с большим размером, полной структурой в условиях помещения.
Секрет молекулярной структуры: более прочные межслоевые связи
Используя передовые методы, такие как рамановская и инфракрасная спектроскопия, группа обнаружила, что все углеродные связи в структуре HD представляют собой sp³-σ-связи, без sp²-π-связей (характерных для графита). Особо следует отметить, что один тип связей между слоями структуры HD значительно короче остальных трёх. Это указывает на более сильные межслоевые силы, что способствует её высокой твёрдости.
В испытании на твердость по Виккерсу HD показал значение , что значительно выше сопротивления пластической деформации традиционных алмазов , что доказывает, что его сверхтвердые свойства не только существуют в теории, но и могут быть подтверждены экспериментально.
Потенциальные области применения HD: от буровых инструментов до квантовых технологий
Если в будущем HD-материалы смогут производиться ещё толще и в больших объёмах, их потенциал применения будет огромным. Во-первых, их можно будет использовать в качестве сверхтвёрдых инструментальных материалов для геотермального бурения, глубокой добычи полезных ископаемых и в качестве износостойких механических компонентов.
Кроме того, благодаря своей высокой механической стабильности и идеальной sp³-структуре HD также может играть ключевую роль в передовых технологиях, таких как квантовые вычислительные устройства, микроэлектромеханические системы (МЭМС) и высокочастотные электронные компоненты.
Это больше, чем просто алмаз: важная веха в науке и будущем материалов
Название «алмаз» происходит от греческого слова «adámas», что означает «непобедимый». Открытие гексагонального алмаза может переосмыслить наше представление о «самом твёрдом веществе». Это не только важная веха в материаловедении, но и символизирует очередной прорыв в способности человечества бросать вызов ограничениям природы.
Дальнейшая оптимизация условий процесса, повышение чистоты прекурсора и регулирование таких параметров, как давление и температура, позволят в будущем наладить массовое производство этого углеродного материала, который твёрже алмаза, что заложит более прочную основу для высокотехнологичной промышленности и квантовой эры.
Ссылки:
- Природа (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09343-x
- Ученые успешно синтезировали объемный гексагональный алмаз, который на 60% прочнее алмаза
- Ученые создали супералмазы с теоретически предсказанной гексагональной кристаллической структурой
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
