Когда даже алмаз недостаточно твёрд: учёные перешли на новый уровень
Учёным удалось получить в лаборатории редкую и более твёрдую форму алмаза, которая десятилетиями оставалась недоступной. Новый материал может открыть путь к созданию исключительно прочных режущих и буровых инструментов.
Гексагональный алмаз
Классический алмаз имеет кубическую кристаллическую решётку. Но ещё около 60 лет назад исследователи предположили существование другой формы — гексагональной. Она отличается отсутствием одинаковых линий сдвига внутри кристаллов, что делает её значительно твёрже и устойчивее к образованию трещин.
В природе такая разновидность встречается крайне редко, в основном в метеоритах, и известна как лонсдейлит. Причём в чистом виде его никогда не находили — лишь в смесях с кубическими алмазами. Попытки синтезировать гексагональный алмаз раньше заканчивались получением микроскопических следов, далеких от идеала.
Прорыв китайских исследователей
Группа под руководством Хо-Куана Мао из Центра исследований высоких давлений в Пекине смогла создать образец диаметром около 1 мм и толщиной 70 мкм. Чистота материала почти достигла 100 процентов — показатель, ранее считавшийся недостижимым.
Учёные долго подбирали оптимальные условия давления и температуры. Идеальной комбинацией оказались 20 гигапаскалей (примерно в 200 тысяч раз выше атмосферного давления) и температура около 1400 °C.
"Это невероятно ценно. Но как только мы узнаем, как его делать, любой сможет производить его. Поэтому важно получить патент и найти способ сделать его менее дорогим", — отметил Мао.
Учёный подчёркивает, что речь идёт не только о научном достижении, но и о практическом потенциале. Возможность воспроизводить гексагональные алмазы в промышленных масштабах открыла бы новую эру в производстве сверхпрочных материалов. Пока исследователи продолжают тестировать свойства полученных образцов, они уже думают о том, как сделать процесс более доступным и применимым для реальных задач.
Насколько он твёрд
Обычный кубический алмаз имеет показатель твёрдости около 115 гигапаскалей по Виккерсу. Новый гексагональный образец продемонстрировал результат 120 гигапаскалей. Исследователи уверены, что этот предел можно повысить по мере совершенствования методики. Теоретически такие алмазы должны быть примерно на 60 % твёрже привычных.
Возможные применения
Если удастся синтезировать более крупные и толстые образцы, новый материал можно будет использовать для создания особо прочных инструментов. Это особенно важно для отраслей, где требуется бурение на больших глубинах, например для получения геотермальной энергии.
"Очевидно, чем глубже вы спускаетесь, тем выше температура, и это может позволить продвигаться глубже под землю", — сказал Джеймс Эллиотт из Кембриджского университета.
Таким образом, впервые созданный лабораторный гексагональный алмаз открывает новую страницу в материаловедении и может привести к технологическим прорывам в самых разных сферах.
