دانشمندان چینی با موفقیت الماس شش ضلعی را با اندازه 100 میکرومتر سنتز کرده اند

پس از گذشت نزدیک به ده سال تحقیق مداوم ، تیم تحقیقاتی بین المللی مرکز تحقیقات علوم ولتاژ بالا پکن و انستیتوی اپتیک و مکانیک خوب شیانان ، آکادمی علوم چین ، پیشرفت بزرگی را انجام داده است. محققان با موفقیت پیشرو کریستالی گرافیتی با کیفیت بالا را به الماس شش ضلعی در سطح میکرومتر تبدیل کرده اند و این موفقیت در تاریخ 30th در ژورنال معتبر بین المللی منتشر شده است.

 

الماس شش ضلعی ویژگی های مکانیکی قابل مقایسه با الماس مکعب را نشان می دهد. بر خلاف الماس مکعب با تنها یک پیوند کربن تک کربن ، الماسهای شش ضلعی دارای دو ویژگی توزیع طول باند متفاوت هستند. گزارش شده است که فاصله بین لایه به طور قابل توجهی کوتاه می شود ، و این روش انباشت منحصر به فرد اتم های کربن می تواند به طور موثری بر ضعف ذاتی کشویی بر روی سطح انباشته متراکم الماس مکعب غلبه کند.

 

سنتز الماس شش ضلعی همواره یک چالش بزرگ در جامعه علمی بوده است. در اوایل سال 1967 ، دانشمندان آمریکایی برای اولین بار این "سوپر الماس" نادر را در یک دهانه شهاب سنگ کشف کردند که به دلیل ساختار کریستال شش ضلعی آن مورد توجه بسیاری قرار گرفت. با این حال ، شرایط تشکیل الماس شش ضلعی بسیار سختگیرانه است ، و پیش از این فقط می توانستند با شهاب سنگ در نانو همزیستی باشند.

 

تیم تحقیق به طور نوآورانه یک برنامه آزمایشی با درجه حرارت بالا و پر فشار را طراحی کرده است. دانشمندان با استفاده از فناوری Anvil الماس گرم شده با لیزر ، تحقیقات درجا را در مورد تغییرات ساختاری گرافیت تحت فشار فوق العاده بالا و شرایط درجه حرارت بالا انجام داده اند. آزمایشات نشان داده اند که گرافیت یک ساختار "فاز گرافیت پست" را در محدوده فشار بالا تشکیل می دهد ، و سپس الماس شش ضلعی با موفقیت از طریق گرمایش محلی بدست می آید.

 

در همین زمان ، تیم تحقیقاتی شبیه سازی های تئوری دینامیک مولکولی در مقیاس بزرگ را با هم ترکیب کردند تا نقش اساسی پیکربندی انباشت لایه گرافیتی را در شکل گیری ساختارهای الماس شش ضلعی نشان دهند. این کشف مسیر جدیدی را برای گرافیت برای تشکیل الماس شش ضلعی از طریق فاز گرافیت پست تأیید می کند ، و جهت های جدید فناوری را برای تهیه مواد فوق العاده باز می کند.

 

داده های تجربی نشان می دهد که الماس شش ضلعی سنتز شده دارای سختی تا 155 گرم در ثانیه است که بیش از 40 ٪ از الماس طبیعی فراتر می رود. در یک محیط خلاء ، ثبات حرارتی آن می تواند به 1100 درجه برسد که به طور قابل توجهی بهتر از عملکرد 900 درجه نانودیاموند است. این خصوصیات بدنی عالی باعث می شود که الماس شش ضلعی از پتانسیل بسیار خوبی در کاربردهای صنعتی برخوردار باشد.

 

این مطالعه سیستماتیک بیش از 60 سال بحث و جدال دانشگاهی در مورد وجود ماکروسکوپی الماس شش ضلعی را پایان داد. نتایج این تحقیق نه تنها شواهد محکمی برای وجود مستقل الماس شش ضلعی ارائه می دهد ، بلکه پایه ای محکم برای توسعه آن به عنوان نسل جدیدی از مواد عملکردی با کارایی بالا نیز فراهم می کند. پیش بینی می شود این پیشرفت نوآوری تکنولوژیکی را در زمینه مواد ابررسانه ای سوق دهد و انگیزه جدیدی را به توسعه صنایع مرتبط تزریق کند.

 

چیستالماس شش ضلعی؟

الماس شش ضلعی (HD) ، که به آن Lonsdaleite نیز گفته می شود ، یک آلوتروپ شش ضلعی از کربن است که در آن هر اتم کربن sp³ hybridized و به صورت چهار ضلعی به چهار همسایه پیوند خورده است و یک چارچوب کووالانسی سه بعدی تشکیل می دهد. اولین بار در سال 1962 پیش بینی شد و در سال 1967 در مواد شهاب سنگ از کانیون دیابلو (آریزونا) مشخص شد ، به نام کریستالوگرافی کاتلین لونسدیل نامگذاری شد. برای چندین دهه فقط قطعات نانو یا رشد بی نظمی در دسترس بودند ، بنابراین وجود آن به عنوان یک فاز مجزا و خصوصیات ذاتی آن بحث برانگیز باقی مانده است. در سال 2025 تیمی به سرپرستی پروفسور هو-کوانگ (دیو) مائو در مرکز علوم فشار بالا و فناوری تحقیقات پیشرفته سنتز لونسدیلیت یک فاز به اندازه میلی متر ، بسیار مرتب شده با فشرده سازی و گرم کردن کریستال های تک گرافیتی با کیفیت بالا تحت فشارهای شبه هیدروستاتیک کنترل شده. میکروسکوپ الکترونی تبدیل مستقیم گرافیت (1010) به HD (0002) و گرافیت (0002) به HD (1010) را نشان داد. نمونه های حاصل تقریباً لاونسیلیت خالص هستند که تنها با نقص قطعات مکعب کمتری وجود دارد و سختی کمی بیش از الماس مکعب را نشان می دهد.

 

Lonsdaleite با الماس مکعب چه تفاوتی دارد؟

Lonsdaleite (الماس شش ضلعی) از چهار روش اصلی با الماس مکعب متفاوت است:

1 تقارن کریستال و انباشت
• Lonsdaleite: شبکه شش ضلعی ، گروه فضایی P6₃/MMC ؛ لایه های کربن پیوند شده SP³ در یک توالی AB-AB در امتداد محور C جمع می شوند.
• الماس مکعب: مشبک صورت محور و مکعب ، گروه فضایی FD-3M ؛ لایه ها یک دنباله ABC-ABC را دنبال می کنند.

 

2 پارامتر شبکه
• Lonsdaleite: A ≈ 2.51 Å ، C ≈ 4.12 Å.
• الماس مکعب: A=3.5668.

 

3 ثبات و انرژی
• Lonsdaleite 0.025 پوند ولت در هر اتم از نظر انرژی بالاتر از الماس مکعب است و آن را قابل استفاده می کند.

 

4 خاصیت مکانیکی
• تئوری و سنتزهای تک کریستالی در مقیاس MM نشان می دهد که لونسدیلیت کمی سخت تر است (مقاومت در برابر تورفتگی 152 gpa ، 58 ٪

در هواپیمای {0001} در مقابل الماس {111} سخت تر).
• الماس مکعب معیار سختی است (MOHS 10) و به راحتی به صورت فله سنتز می شود.

 

در نتیجه ، انباشت شش ضلعی Lonsdaleite و هندسه پیوند کمی طولانی تر آن را به سختی نظری برتر می بخشد ، در حالی که الماس مکعب پایداری ترمودینامیکی بیشتری و سهولت تولید را ارائه می دهد.