In de natuur, diamanten vormen zich diep in de aarde gedurende miljarden jaren. Dit proces vereist omgevingen met uitzonderlijk hoge druk en temperaturen van meer dan 1, 000℃.

Ons internationale team heeft op kamertemperatuur twee verschillende soorten diamant gemaakt - en dat in slechts enkele minuten. Het is de eerste keer dat diamanten met succes in een laboratorium zijn geproduceerd zonder toegevoegde warmte.

Onze bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Klein .

Er is meer dan één vorm van diamant

Koolstofatomen kunnen op een aantal manieren aan elkaar hechten om verschillende materialen te vormen, waaronder zacht zwart grafiet en harde transparante diamant.

Er zijn veel bekende vormen van koolstof met een grafietachtige binding, inclusief grafeen, het dunste materiaal ooit gemeten. Maar wist u dat er ook meer dan één type materiaal op koolstofbasis is met diamantachtige binding?

In een normale diamant, atomen zijn gerangschikt in een kubische kristallijne structuur. Echter, het is ook mogelijk om deze koolstofatomen zo te rangschikken dat ze een hexagonale kristalstructuur hebben.

Deze andere vorm van diamant wordt Lonsdaleiet genoemd, vernoemd naar de Ierse kristallograaf en Fellow van de Royal Society Kathleen Lonsdale, die de structuur van koolstof bestudeerde met behulp van röntgenstralen.

Er is veel belangstelling voor Lonsdaleite, omdat wordt voorspeld dat het 58% harder is dan gewone diamant, wat al wordt beschouwd als het moeilijkste natuurlijk voorkomende materiaal op aarde.

Het werd voor het eerst ontdekt in de natuur, op de plaats van de Canyon Diablo meteorietkrater in Arizona. Kleine hoeveelheden van de stof zijn sindsdien in laboratoria gesynthetiseerd door grafiet te verhitten en te comprimeren, met behulp van een hogedrukpers of explosieven.

Ons onderzoek toont aan dat zowel Lonsdaleite als gewone diamant kunnen worden gevormd bij kamertemperatuur in een laboratoriumomgeving, door alleen hoge druk uit te oefenen.

De vele manieren om een ​​diamant te maken

Diamanten worden al sinds 1954 in laboratoria gesynthetiseerd. Tracy Hall van General Electric heeft ze gemaakt met behulp van een proces dat de natuurlijke omstandigheden in de aardkorst nabootste. het toevoegen van metallische katalysatoren om het groeiproces te versnellen.

Het resultaat was hoge druk, hoge temperatuur diamanten vergelijkbaar met die in de natuur, maar vaak kleiner en minder perfect. Deze worden vandaag de dag nog steeds gemaakt, voornamelijk voor industriële toepassingen.

De andere belangrijke methode voor het vervaardigen van diamanten is via een chemisch gasproces waarbij een kleine diamant wordt gebruikt als een "zaad" om grotere diamanten te laten groeien. Temperaturen van ongeveer 800℃ zijn vereist. Hoewel de groei vrij traag is, deze diamanten kunnen groot en relatief defectvrij worden gekweekt.

De natuur heeft hints gegeven over andere manieren om diamant te vormen, ook tijdens de gewelddadige inslag van meteorieten op aarde, evenals in processen zoals asteroïdebotsingen met hoge snelheid in ons zonnestelsel, waardoor wat we 'buitenaardse diamanten' noemen, ontstaat.

Wetenschappers hebben geprobeerd precies te begrijpen hoe inslag of buitenaardse diamanten ontstaan. Er is enig bewijs dat, naast hoge temperaturen en drukken, schuifkrachten (ook bekend als "afschuifkrachten") kunnen een belangrijke rol spelen bij het veroorzaken van hun vorming.

Een object dat wordt geraakt door schuifkrachten wordt aan de bovenkant in de ene richting geduwd en aan de onderkant in de tegenovergestelde richting.

Een voorbeeld zou zijn om een ​​pak kaarten naar links bovenaan en naar rechts onderaan te duwen. Dit zou het kaartspel dwingen te schuiven en de kaarten uit te spreiden. Vandaar, schuifkrachten worden ook "glijdende" krachten genoemd.

Diamanten maken op kamertemperatuur

Voor ons werk, we ontwierpen een experiment waarin een kleine chip van grafietachtige koolstof werd onderworpen aan zowel extreme schuifkrachten als hoge drukken, om de vorming van diamant te stimuleren.

In tegenstelling tot het meeste eerdere werk op dit front, er werd tijdens de compressie geen extra verwarming op het koolstofmonster toegepast. Met behulp van geavanceerde elektronenmicroscopie - een techniek die wordt gebruikt om beelden met een zeer hoge resolutie vast te leggen - bleek het resulterende monster zowel gewone diamant als Lonsdaleite te bevatten.

In deze nooit eerder vertoonde opstelling, een dunne "rivier" van diamant (ongeveer 200 keer kleiner dan een mensenhaar) werd omringd door een "zee" van Lonsdaleite.

De opstelling van de structuur doet denken aan "afschuifbanden" die in andere materialen worden waargenomen, waarin een smal gebied intense, gelokaliseerde stam. Dit suggereert dat afschuifkrachten de sleutel waren tot de vorming van deze diamanten bij kamertemperatuur.

Moeilijke noten om te kraken

Het vermogen om diamanten te maken bij kamertemperatuur, in enkele minute, opent tal van productiemogelijkheden.

specifiek, het op deze manier maken van de "harder dan diamant" Lonsdaleite is opwindend nieuws voor industrieën waar extreem harde materialen nodig zijn. Bijvoorbeeld, diamant wordt gebruikt om boren en bladen te coaten om de levensduur van deze gereedschappen te verlengen.

De volgende uitdaging voor ons is om de druk te verlagen die nodig is om de diamanten te vormen.

In ons onderzoek, de laagste druk bij kamertemperatuur waar diamanten werden gevormd was 80 gigapascal. Dit is het equivalent van 640 Afrikaanse olifanten op de punt van één balletschoen!

Als zowel diamant als lonsdaleiet bij lagere druk gemaakt zouden kunnen worden, we zouden er meer van kunnen maken, sneller en goedkoper.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.