Источник: Университет штата Вашингтон (Washington State University)
(sciencedaily.com) - Самый прочный природный материал теперь имеет жесткую конкуренцию. Впервые исследователи получили убедительные доказательства того, что гексагональные алмазы, созданные руками человека, жестче обычных кубических алмазов, встречающихся в природе и часто используемых в ювелирных изделиях.
Гексагональные алмазы, названные так в связи с их шестигранной кристаллической структурой, были обнаружены в некоторых местах падения метеоритов, а некоторые из них были ненадолго изготовлены в лабораториях, но они были либо слишком малы, либо просуществовали слишком недолго, чтобы их можно было измерить.
Теперь ученые из Института физики ударов (Institute for Shock Physics) Университета штата Вашингтон создали достаточно большие гексагональные алмазы, чтобы можно было определить их жесткость с помощью звуковых волн. Их выводы подробно описаны в недавней статье в Physical Review B.
«Алмаз - очень уникальный материал, - сказал Йогендра Гупта (Yogendra Gupta), директор Института физики ударов и ответственный автор исследования. «Он не только самый прочный - он имеет прекрасные оптические свойства и очень высокую теплопроводность. Теперь мы создали гексагональную форму алмаза, полученную в результате экспериментов по ударному сжатию, который значительно жестче и прочнее, чем обычные драгоценные алмазы».
Исследователи давно хотели создать материал, более прочный, чем природные алмазы, который подходил бы для разных областей применения в промышленности. Хотя многие предполагали, что гексагональные алмазы будут прочнее, исследование WSU дает первое экспериментальное доказательство того, что это так.
Ведущий автор Трэвис Волц (Travis Volz), ныне сотрудник с докторской степенью, работающий в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (Lawrence Livermore National Laboratory), посвятил свою диссертационную работу в Университете штата Вашингтон созданию гексагональных алмазов из графита. Для этого исследования Волц и Гупта использовали порох и сжатый газ, чтобы двигать небольшие графитовые диски размером с десятицентовую монету со скоростью около 15 000 миль в час по прозрачному материалу. Удар вызвал в дисках ударные волны, которые очень быстро превратили их в гексагональные алмазы.
Сразу после удара исследователи создали небольшую звуковую волну и использовали лазеры для измерения ее прохождения через алмаз. Звук быстрее распространяется через более жесткий материал. Раньше звук проходил быстрее всего через кубический алмаз, в созданных в лаборатории гексагональных алмазах он проходил быстрее.
Каждый процесс происходил в течение несколько миллиардных долей секунды, или наносекунд, но исследователи смогли провести измерения жесткости до того, как алмаз разрушился при ударе с большой скоростью.
Жесткость - это способность материала сопротивляться деформации под действием силы или давления - например, горная порода жестче резины, поскольку резина изгибается при нажатии. Твердость - это устойчивость к царапинам или другим видам деформации поверхности.
По словам Волца, что, как правило, более жесткие материалы также и тверже. Хотя исследователи не смогли нанести царапины на алмазы, чтобы напрямую проверить твердость, с помощью измерения жесткости алмазов они могут сделать выводы об их твердости.
Если наука продвинется до того, что можно будет создавать и получать гексагональные алмазы, изготовленные в лаборатории, то они могут иметь ряд применений.
«Твердые материалы пригодны для механической обработки, - сказал Волц. «Например, алмаз долгое время использовался для наконечников сверл. Так как мы обнаружили, что гексагональный алмаз, вероятно, тверже кубического, то он может быть прекрасной альтернативой для механической обработки, сверления или любого другого типа применения, где используется кубический алмаз».
Хотя преимущества использования в промышленности очевидны, Гупта сказал, что гексагональные бриллианты, возможно, когда-то можно будет использовать в обручальных кольцах. В настоящее время кубические алмазы, изготовленные в лаборатории, имеют меньшую ценность по сравнению с их природными аналогами, но гексагональные алмазы, вероятно, будут более инновационными.
«Если когда-нибудь мы сможем их производить и проводить их огранку и полировку, я думаю, они будут более востребованы, чем кубические алмазы, - сказал Гупта. - Если бы кто-то сказал вам: “Послушайте, я дам вам возможность выбора из двух бриллиантов: один намного более редкий, чем другой”. Какой бы вы выбрали?»
