Учёные из Китая создали сверхтвёрдые алмазы с гексагональной кристаллической структурой

Китайским учёным удалось добиться значительного научного прорыва, вырастив уникальный алмаз с гексагональной кристаллической решёткой — разновидность, которая превосходит природные алмазы по прочности. Исследование, результаты которого опубликованы в журнале Nature, стало важным этапом в развитии материаловедения.


Алмазы, традиционно ценимые в ювелирной промышленности за свою твердость и исключительные оптические свойства, давно используются и в технических отраслях. Однако до недавнего времени производство их гексагонального аналога — лонсдейлита — оставалось крайне сложной задачей. Этот тип алмаза впервые был обнаружен в структуре метеорита Каньон-Дьябло ещё в 1967 году. Теоретические расчёты с тех пор не раз подтверждали его выдающиеся физические характеристики, включая значительно большую твёрдость по сравнению с обычным кубическим алмазом.

В отличие от привычной алмазной формы, кристаллическая решётка лонсдейлита состоит не из кубических, а из гексагональных слоёв атомов углерода. Такая структура придаёт материалу повышенную устойчивость к механическим нагрузкам, поскольку в нём отсутствуют уязвимые линии сдвига, характерные для кубической решётки. Это делает гексагональный алмаз особенно ценным для создания суперабразивов, буровых насадок, биодатчиков и полупроводников, предназначенных для работы в условиях экстремального напряжения и температуры.

До сих пор получить чистый и достаточно крупный образец лонсдейлита удавалось лишь в ограниченных масштабах, и то с примесями. Условия, при которых графит способен превращаться в такую структуру, ранее наблюдались только в результате высокотемпературных ударных процессов — например, при падении метеоритов. Однако специалисты из Цзилиньского университета провели сложные электронно-микроскопические наблюдения и теоретические расчёты, благодаря которым установили механизм превращения графита в алмазную структуру. Они выяснили, что процесс начинается с зарождения кристаллов внутри графитовой основы, после чего происходит их рост и формирование.

Полученный китайскими исследователями образец имеет диаметр около одного миллиметра и толщину 70 микрометров. Для его создания использовали монокристаллы графита, подвергнутые воздействию температуры в 1400°C и давления в 30 гигапаскалей — почти в 300 тысяч раз выше атмосферного. При этом удалось достичь практически полной чистоты материала, что является уникальным результатом в данной области.

Авторы проекта подчеркивают, что создание таких кристаллов открывает перед наукой и промышленностью новые перспективы. Гексагональный алмаз, благодаря своим характеристикам, может стать основой для разработки высокопрочных и термостойких материалов, необходимых в самых различных отраслях, от микроэлектроники до аэрокосмической техники.

Читайте также: