Materiał twardszy od diamentu jednak istnieje. Właśnie wytworzyli go chińscy naukowcy

W prestiżowym czasopiśmie „Nature” opublikowano wyniki przełomowego eksperymentu z Chin. W warunkach laboratoryjnych udało się wytworzyć materiał, który przez dziesięciolecia wymykał się badaczom i pozostawał w sferze teorii. Lonsdaleit, czyli diament heksagonalny, jest jeszcze twardszy od klasycznego diamentu.

Śladowe ilości tego minerału znajdowano dotychczas głównie w meteorytach powstałych ze szczątków planet karłowatych – ale i to nie było pewne. Do tej pory pozostawał naukową teorią, którą trudno było udowodnić.

Niewiarygodna twardość ukryta w atomach

Publikacja chińskich naukowców w „Nature” kończy trwające pół wieku spekulacje i definitywnie potwierdza: lonsdaleit nie tylko istnieje, ale jest faktycznie twardszy od diamentu.

Diament, uznawany za najtwardszy materiał w naturze, jest kryształem czystego węgla – jego atomy ułożone są w regularną strukturę złożoną z sześcianów. Lonsdaleit też jest diamentem, ale o strukturze heksagonalnej, przypominającej plaster miodu. Ta subtelna zmiana w ułożeniu atomów ma kolosalne znaczenie dla właściwości fizycznych. Gdyby udało się go masowo wytwarzać, byłby technologiczną rewolucją.

Od meteorytów do laboratorium

Największą przeszkodą w badaniu lonsdaleitu był dotychczas brak czystych próbek. Minerał ten, choć obecny w niektórych meteorytach (np. Canyon Diablo czy Goalpara), zawsze był zmieszany z grafitem, klasycznym diamentem i innymi minerałami.

Zespół naukowców z Chin rozwiązał ten problem, stosując metodę precyzyjnego ściskania grafitu. Proces wymagał stworzenia ekstremalnych warunków: ciśnienia rzędu 20 gigapaskali (200 000 razy wyższego od atmosferycznego) oraz temperatur między 1300 a 1900 stopniami Celsjusza. Utrzymując te piekielne warunki przez 10 godzin, udało się wyprodukować próbki o średnicy 1,5 mm. Po szczegółowej analizie strukturalnej i spektroskopowej, definitywnie potwierdzono: to lonsdaleit.

Badania wykazały, że jest nie tylko sztywniejszy i twardszy od swojego „zwykłego” kuzyna, ale wykazuje też znacznie wyższą odporność na utlenianie. A zatem znosi ekstremalnie wysokie temperatury bez degradacji powierzchni.

Lonsdaleit to materiał na rewolucję w przemyśle

To odkrycie może mocno namieszać w przemyśle. Lonsdaleit mógłby zastąpić klasyczny diament w produkcji narzędzi tnących, wierteł i specjalistycznych powłok ściernych. Jego unikatowe właściwości fizyczne mogą znaleźć zastosowanie także w elektronice.

Autorzy badania twierdzą, że opracowana przez nich metoda mogłaby zostać użyta do masowej produkcji – wszak podobnie produkuje się już od dawna diamenty syntetyczne. Jeśli lonsdaleit się upowszechni, może w krótkim czasie zrewolucjonizować wiele gałęzi inżynierii.

Źródło: Nature

Nasza autorka

Magdalena Rudzka

Redaktorka i wydawczyni National-Geographic.pl. Wcześniej związana m.in. z National Geographic Traveler i magazynem pokładowym PLL LOT Kaleidoscope. Z wykształcenia humanistka (MISH i SNS PAN), ale to przyroda stanowi jej największą pasję. Szczególnie bliskie są jej ekosystemy słodkowodne, a prawdziwym „konikiem” są ryby. W National-Geographic.pl pisze o swoich przyrodniczych pasjach, nauce i medycynie. Prywatnie ceni sobie podróże po nieoczywistych kierunkach, ze szczególnym sentymentem do Europy Środkowej i Wschodniej.