Een nieuwe studie door onderzoekers van de Washington State University geeft antwoord op al lang bestaande vragen over de vorming van een zeldzaam type diamant tijdens grote meteorietinslagen.

Zeshoekige diamant of lonsdaleite is harder dan het type diamant dat gewoonlijk op een verlovingsring wordt gedragen en men denkt dat het van nature is gemaakt als het groot, grafiet-dragende meteorieten slaan in op de aarde.

Wetenschappers hebben zich afgevraagd wat de exacte druk en andere omstandigheden zijn die nodig zijn om zeshoekige diamant te maken sinds de ontdekking ervan een halve eeuw geleden in een meteorietfragment uit Arizona.

Nutsvoorzieningen, een team van WSU-onderzoekers heeft voor het eerst de vorming van zeshoekige diamant in sterk georiënteerd pyrolytisch grafiet onder schokcompressie waargenomen en vastgelegd, onthullende cruciale details over hoe het is gevormd. De ontdekking zou planetaire wetenschappers kunnen helpen de aanwezigheid van zeshoekige diamant bij meteorietkraters te gebruiken om de ernst van inslagen in te schatten.

Het onderzoek was mogelijk dankzij een ongekende experimentele ontwikkeling:de door de WSU geleide dynamische compressiesector bij de Advanced Photon Source van het Argonne National Laboratory. Het DCS is een eerste experimentele faciliteit in zijn soort die verschillende mogelijkheden voor schokgolfcompressie koppelt aan synchrotron-röntgenstralen. Door gebruik te maken van zijn unieke mogelijkheden, het WSU-team was in staat om in realtime röntgenfoto's te maken van de transformatie van grafiet naar zeshoekige diamant.

De resultaten van het werk van de onderzoekers zijn gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

"De transformatie naar zeshoekige diamant vindt plaats bij een aanzienlijk lagere spanning dan eerder werd aangenomen, " zei WSU Regents Professor Yogendra Gupta, directeur van het Institute for Shock Physics en een co-auteur van de studie. "Dit resultaat heeft belangrijke implicaties met betrekking tot de schattingen van thermodynamische omstandigheden op de terrestrische locaties van meteoorinslagen."

Diamanten maken

WSU-schokfysicus Stefan Turneaure en een team van onderzoekers ontdekten dat de kristallijne structuur van een sterk georiënteerde vorm van grafiet transformeert naar de ongewone hexagonale vorm van diamant bij een druk van 500, 000 sferen, ongeveer vier keer lager dan eerdere studies hadden aangegeven.

Om hun resultaten te verkrijgen, de onderzoekers schoten een lithiumfluoride-botslichaam om 11 uur, 000 mph in een 2 mm dikke grafietschijf. Vervolgens gebruikten ze gepulseerde synchrotron-röntgenstralen om elke 150 miljardste van een seconde snapshots te maken, terwijl de schokgolf van de impact het grafietmonster samendrukte. Hun werk toonde duidelijk dat het grafietmonster veranderde in de zeshoekige vorm van diamant voordat het werd uitgewist tot stof.

"Het meeste onderzoek uit het verleden was gebaseerd op microstructureel onderzoek van monsters nadat ze door schokken waren gecomprimeerd om af te leiden wat er zou kunnen zijn gebeurd, "Zei Turneaure. "Zulke late metingen vertellen niet het hele verhaal van wat er met het materiaal is gebeurd tijdens schokcompressie."

Vooruit gaan

Turneaure en Gupta zeiden dat de volgende stap in het onderzoek zal zijn om te onderzoeken onder welke omstandigheden pure hexagonale diamant kan worden teruggewonnen na schokcompressie.

"Diamant is een materiaal waar je heel gemakkelijk enthousiast van wordt en ons werk op dit gebied is nog maar net begonnen, "zei Gupta. "Vooruitgaand, we zijn van plan om de persistentie van deze vorm van diamant onder lagere druk te onderzoeken. Omdat men denkt dat het 60 procent harder is dan de gewone kubieke diamant, zeshoekige diamant zou veel potentiële toepassingen in de industrie kunnen hebben als het met succes zou kunnen worden teruggewonnen na schokcompressie."