Na natureza, os diamantes são formados nas profundezas da terreno por bilhões de anos. Este processo requer ambientes com pressão excepcionalmente subida e temperaturas supra de 1.000 ℃.

Nossa equipe internacional criou dois tipos diferentes de diamantes em temperatura envolvente e em minutos. Esta é a primeira vez que diamantes foram produzidos com sucesso em um laboratório sem soma de calor.

Nossas conclusões são Publicados na revista Pequeno.

Existe mais de uma forma de diamante

Os átomos de carbono podem se reunir de várias maneiras para formar diferentes materiais, incluindo grafite preta suave e diamante transparente rígido.

Existem muitas formas muito conhecidas de carbono com uma relação semelhante ao grafite, incluindo gráfico, o material mais fino já medido. Mas, você sabia que também existe mais de um tipo de material à base de carbono com uma junta em forma de diamante?

Em um diamante normal, os átomos são organizados em uma estrutura cristalina cúbica. No entanto, também é provável organizar esses átomos de carbono para que tenham uma estrutura de cristal sextavado.

Esta forma dissemelhante de diamante é chamada de Lonsdaleita, em homenagem ao cristalógrafo irlandês e membro da Royal Society. Kathleen Lonsdale, que estudou a estrutura do carbono usando raios-X.

As estruturas cristalinas do diamante cúbico e da lonsdaleíta sextavado têm diferentes arranjos de átomos. (Fornecido)

Há muito interesse no Lonsdaleite, uma vez que se espera que seja 58% mais difícil do que o diamante normal – que já é considerado o material proveniente mais duro da terreno.

Foi assim revelado pela primeira vez na natureza, no lugar da cratera do meteorito Diablo Canyon, no Arizona. Desde portanto, pequenas quantidades da substância foram sintetizadas em laboratórios por aquecimento e compressão de grafite, por meio de prensa de subida pressão ou explosivos.

Nossa pesquisa mostra que tanto a lonsdaleita quanto o diamante normal podem ser formados à temperatura envolvente em um envolvente de laboratório, unicamente pela ocupação de altas pressões.

As muitas maneiras de fazer um diamante

Diamantes foram sintetizado em laboratórios desde 1954. Tracy Hall da General Electric os criou através de um processo que imitou as condições naturais da crosta terrestre, adicionando catalisadores de metal para percorrer o processo de propagação.

O resultado foram diamantes de subida pressão e subida temperatura, semelhantes aos encontrados na natureza, mas geralmente menores e menos perfeitos. Ainda hoje são fabricados, principalmente para aplicações industriais.

O outro método principal de fazer diamantes é através de um processo químico de gás que usa um pequeno diamante porquê uma “semente” para fazer crescer diamantes maiores. São necessárias temperaturas de muro de 800 ℃. Embora o propagação seja bastante lento, esses diamantes podem ser grandes e relativamente livres de defeitos.

A natureza forneceu sugestões de outras formas de formar diamantes, mesmo durante o violento impacto de meteoritos na terreno, muito porquê em processos porquê a subida velocidade. asteróide colisões em nosso sistema solar, criando o que chamamos de “diamantes extraterrestres

Os cientistas tentaram entender exatamente porquê os diamantes de impacto ou extraterrestres são formados. Existem alguns testes que, além de altas temperaturas e pressões, as forças de deslizamento (também conhecidas porquê forças de “cisalhamento”) poderiam ter um papel importante no desencadeamento de sua formação.

Um objeto afetado pelas forças de cisalhamento é empurrado em uma direção na troço superior e na direção oposta na troço subordinado.

Um exemplo seria empuxar um baralho de cartas para a esquerda superior e direita para subordinado. Isso forçaria o baralho a resvalar e espalhar as cartas. Portanto, as forças de cisalhamento também são chamadas de forças “deslizantes”.

arquivo 20201119 20 1si5koNas forças de “namoro”, o objeto é empurrado em uma direção por uma extremidade e na direção oposta na outra. (Sharayanan / Wikimedia Commons)

Fabricação de diamantes em temperatura envolvente

Para nosso trabalho, projetamos um experimento no qual um pequeno chip de carbono semelhante ao grafite foi submetido a forças de cisalhamento extremas e altas pressões, para encorajar a formação de diamante.

Ao contrário da maioria dos trabalhos anteriores nesta frente, nenhum aquecimento suplementar foi aplicado à réplica de carbono durante a compressão. Usando microscopia eletrônica avançada, uma técnica usada para tomar imagens de subida solução, a réplica resultante continha diamantes normais e Lonsdaleita.

Nesse emendo nunca antes visto, um fino “rio” de diamante (muro de 200 vezes menor que um fio de cabelo humano) era contornado por um “mar” de lonsdaleíta.

arquivo 20201118 17 60elabEsta imagem de microscópio eletrônico mostra um “rio” de diamante em um “mar” de Lonsdaleita. (Fornecido)

O emendo da estrutura é uma reminiscência do “cisalhamento” observado em outros materiais, nos quais uma espaço estreita sofre intensa tensão localizada. Isso sugere que as forças de namoro foram fundamentais para a formação desses diamantes à temperatura envolvente.

Nozes difíceis de quebrar

A capacidade de fazer diamantes em temperatura envolvente, em questão de minutos, abre inúmeras possibilidades de fabricação.

Especificamente, tornar a “Lonsdaleite” mais dura do que o diamante desta forma é uma notícia empolgante para as indústrias onde materiais extremamente duros são necessários. Por exemplo, o diamante é usado para revestir brocas e lâminas para estender a vida útil dessas ferramentas.

O próximo duelo para nós é reduzir a pressão necessária para formar os diamantes.

Em nossa pesquisa, a pressão mais baixa em temperatura envolvente onde os diamantes foram observados é de 80 gigapascais. É o equivalente a 640 elefantes africanos na ponta de uma sapatilha de balé.

Se tanto o diamante quanto a lonsdaleita pudessem ser feitos em pressões mais baixas, poderíamos fazer mais, mais rápidos e mais baratos.

A conversaDougal McCulloch, Professor, Universidade RMIT Eu Jodie Bradby, Professor de Física, Universidade vernáculo da Austrália.

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