Εξωτικά «εξαγωνικά διαμάντια» κάνουν σκόνη τα φυσικά

Το διαμάντι έχει τη φήμη του σκληρότερου φυσικού υλικού, τώρα όμως έχει να αντιμετωπίσει σκληρό ανταγωνισμό: εργαστηριακό πείραμα δημιούργησε για πρώτη φορά «εξαγωνικά διαμάντια», τα οποία μέχρι σήμερα ήταν γνωστά μόνο από μετεωρίτες, και έδειξε ότι είναι ακόμα πιο σκληρά από τα φυσικά.

Τα διαμάντια που σχηματίζονται στα έγκατα της Γης, σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης, είναι κρυσταλλικό υλικό από άτομα άνθρακα ενωμένα μεταξύ τους έτσι ώστε να σχηματίζουν τετράγωνα.

Τα εξαγωνικά διαμάντια, γνωστά και ως λονσνταλεΐτες, σχηματίζονται σε ακόμα πιο ακραίες συνθήκες και αποτελούνται από άτομα άνθρακα που σχηματίζουν εξαγωνικά μοτίβα.

Εξαγωνικά διαμάντια είχαν ανακαλυφθεί για πρώτη φορά σε κρατήρες πρόσκρουσης, και πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν όταν αστεροειδής με υψηλή περιεκτικότητα σε γραφίτη (μια άλλη μορφή του άνθρακα) έπεσαν στη Γη με μεγάλη ταχύτητα.

Ο εξαγωνικός ξάδελφος του γνωστού διαμαντιού μπορεί να δημιουργηθεί και στο εργαστήριο, όμως οι κρύσταλλοι που προκύπτουν είναι υπερβολικά μικροί και περιέχουν υπερβολικά πολλές προσμίξεις για να εξεταστούν ως προς τις ιδιότητές τους.

Τώρα αυτό αλλάζει χάρη σε ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, οι κατάφεραν να δημιουργήσουν εξαγωνικά διαμάντια και πρόλαβαν να μετρήσουν τη σκληρότητά τους πριν τα πετράδια διαλυθούν μια στιγμή αργότερα.

«Το διαμάντι είναι πολύ ιδιαίτερο υλικό» λέει ο Γιογκέντρα Γκούπτα, μέλος της ερευνητικής ομάδας. «Δεν είναι απλά το σκληρότερο υλικό: έχει όμορφες οπτικές ιδιότητες και πολύ υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Δημιουργήσαμε τώρα την εξαγωνική μορφή του διαμαντιού, η οποία είναι σημαντικά πιο σκληρή και πιο ανθεκτική στη θραύση σε σχέση με τα κανονικά διαμάντια».

H μελέτη δημοσιεύεται στην επιθεώρηση Physical Review B.

Σύγκρουση στα 24.000 χιλιόμετρα την ώρα

Για να προσομοιώσουν τις ακραίες συνθήκες στις οποίες σχηματίζονται οι φυσικοί λονσντεϊλίτες, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν πυρίτιδα και πεπιεσμένο αέριο για να εκτοξεύσουν μικρές πλάκες γραφίτη που έπεσαν σε μια διαφανή πλάκα με ταχύτητα 24.100 χιλιομέτρων την ώρα. Η πρόσκρουση δημιούργησε ωστικά κύματα που άλλαξαν την κρυσταλλική δομή του άνθρακα και τον μετέτρεψαν σε εξαγωνικό διαμάντι.

Λόγω της ισχύος της πρόσκρουσης, τα διαμάντια που σχηματίστηκαν έγιναν θρύψαλα σχεδόν ακαριαία. Οι ερευνητές όμως πρόλαβαν να μετρήσουν τη σκληρότητά τους βομβαρδίζοντάς τα με ηχητικά κύματα. Όσο πιο πυκνό και σκληρό είναι ένα υλικό, τόσο πιο γρήγορα διαδίδεται μέσα του ο ήχος.

Οι μετρήσεις έδειξαν ότι τα εξαγωνικά διαμάντια ξεπέρασαν το ρεκόρ σκληρότητας του απλού διαμαντιού. Σκληρότητα ενός υλικού είναι η αντίστασή του στις παραμορφώσεις. Η σκληρότητα συνδέεται με την παρεμφερή ιδιότητα της αθραυστότητας, την αντοχή ενός υλικού στις εκδορές. Η αθραυστότητα του εξαγωνικού διαμαντιού δεν μετρήθηκε άμεσα, ωστόσο σε γενικές γραμμές όσο πιο σκληρό είναι ένα υλικό τόσο λιγότερο εύθραυστο είναι. Οι ερευνητές υπολογίζουν ότι το εξαγωνικό διαμάντι ξεπερνά το τετραγωνικό και σε αντοχή.

Εφόσον στο μέλλον καταστεί εφικτή η παραγωγή εξαγωνικών διαμαντιών, λέει η ερευνητική ομάδα, το εξωτικό νέο υλικό θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα φυσικά και συνθετικά διαμάντια που χρησιμοποιούνται σήμερα σε μια πληθώρα εφαρμογών, για παράδειγμα σε εργαλεία κοπής σκληρών υλικών.

Προοπτικές υπάρχουν και για την αγορά πολύτιμων λίθων. Αρκετά εργαστήρια σε όλο τον κόσμο πωλούν σήμερα συνθετικά τετραγωνικά διαμάντια, ίδια σε σύσταση και ποιότητα με τα φυσικά αλλά λίγο πιο φθηνά.

Τα εξαγωνικά διαμάντια πιθανότατα θα έπιαναν καλύτερη τιμή. Όπως το θέτει ο δρ Γκούπτα, «Αν σου έλεγε κάποιος ‘Κοίτα, σου δίνω το περιθώριο να διαλέξεις ανάμεσα σε δύο διαμάντια, από τα οποία το ένα είναι σπανιότερο από το άλλο’. Εσύ πιο θα διάλεγες;».