Химия

Специалисты смогли вырастить из графита алмаз, выигрывающий у природного в твердости. Они добились этого, создав условия для формирования гексагональной кристаллической решетки.

Алмазы ценят по всему миру и в разных индустриях по разным причинам. Ювелирам нужен блеск и чистота, инженерам и стоматологам — твердость. Алмазы очень твердые, на 10 из 10 по шкале относительной твердости минералов, шкале Мооса. Остальные минералы можно поцарапать и разрезать алмазами. Бриллиантовые сережки царапают сапфировые стекла телефонов, алмазные резаки справляются со стеклом.

Высокая твердость и широкое промышленное применение породили спрос на искусственные алмазы. Сверла и буры с алмазной крошкой успешно обрабатывают керамику, зубы, металл и горные породы. Ученые разработали несколько способов выращивания синтетических алмазов как для инженерных, так и для научных и ювелирных целей.

У большинства природных и синтетических алмазов — кубическая кристаллическая решетка. Исследователи пытались промышленно создавать более твердые алмазы с гексагональной решеткой, но получали слишком маленькие и некачественные образцы. Природные алмазы с гексагональной решеткой существуют, их находят в метеоритных кратерах и называют лондслеитом.

Международная группа ученых смогла создать условия для формирования гексагональных алмазов из графита, аллотропной формы углерода с гексагональной кристаллической решеткой. Они нагревали материал до температуры около 1500 градусов Цельсия внутри камеры высокого давления. Исследователи обнаружили, что при этих условиях могут заставить графит превращаться в синтетический алмаз с желаемой кристаллической решеткой. Работа опубликована в Nature Materials.

Созданный учеными алмаз размером несколько миллиметров показал твердость 155 гигапаскалей и сохранил термическую стабильность до 1100 градусов Цельсия. Природные алмазы обычно имеют твердость 70-100 гигапаскалей и выдерживают температуры до 700 градусов Цельсия. При дальнейшем нагреве они или преображаются в графит в бескислородной среде, или реагируют с кислородом и становятся углекислым газом — CO2.

Исследователи говорят, что созданные по их технологии алмазы вряд ли будут использоваться ювелирами. Повышенную твердость оценят в бурении и обработке материалов, а также микроэлектронике. Синтетические алмазы могут работать как подложки для выращивания транзисторов и используются учеными в исследованиях сверхпроводимости.