Kinesiske forskere har vellykket syntetisert sekskantet diamant med en størrelse på 100 mikrometer

Etter nesten ti år med kontinuerlig forskning, har det internasjonale forskerteamet til Beijing High Spenage Science Research Center og Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, gjort et stort gjennombrudd. Forskere har med hell transformert grafittkrystallforløper av høy kvalitet til sekskantet diamant på mikrometernivå, og denne prestasjonen ble publisert i den internasjonalt autoritative tidsskriftet Nature den 30..

 

Sekskantet diamant viser mekaniske egenskaper som kan sammenlignes med kubikkdiamant. I motsetning til kubiske diamanter med bare en enkelt karbon karbonbindingslengde, viser sekskantede diamanter to forskjellige bindingslengdefordelingsegenskaper. Det rapporteres at mellomlagsavstanden er betydelig forkortet, og denne unike stablingsmetoden for karbonatomer kan effektivt overvinne den iboende svakheten ved å gli på den tette stablingsoverflaten til kubikkdiamant.

 

Syntesen av sekskantet diamant har alltid vært en stor utfordring i det vitenskapelige samfunnet. Allerede i 1967 oppdaget amerikanske forskere først denne sjeldne "Super Diamond" i et meteorittkrater, som vakte mye oppmerksomhet på grunn av dens sekskantede krystallstruktur. Imidlertid er formasjonsbetingelsene for sekskantede diamanter ekstremt strenge, og tidligere kunne de bare eksistere sammen med meteoritter ved nanoskalaen.

 

Forskerteamet designet innovativt en eksperimentell plan med høyt temperatur og høyt trykk. Forskere har utført forskning på stedet om de strukturelle endringene av grafitt under ultrahøyt trykk og høye temperaturforhold ved bruk av laservarmet diamant-amboldige teknologi. Eksperimenter har funnet at grafitt danner en "postgrafittfase" høytrykksstruktur i høytrykksområdet, og deretter oppnås sekskantet diamant gjennom lokal oppvarming.

 

Samtidig kombinerte forskerteamet storskala molekylær dynamikkteori-simuleringer for å avsløre den avgjørende rollen til grafittlags stablingskonfigurasjon i dannelsen av sekskantede diamantstrukturer. Denne oppdagelsen bekrefter en ny vei for grafitt for å danne sekskantet diamant gjennom postgrafittfase, og åpner for nye teknologiske retninger for fremstilling av superhardmaterialer.

 

Eksperimentelle data viser at den syntetiserte sekskantede diamanten har en hardhet på opptil 155GPa, og overskrider naturlig diamant med mer enn 40%. I et vakuummiljø kan dets termiske stabilitet nå 1100 grader, noe som er betydelig bedre enn 900 graders ytelse til nanodiamonds. Disse utmerkede fysiske egenskapene gjør at sekskantede diamant viser et stort potensial i industrielle applikasjoner.

 

Denne systematiske studien avsluttet over 60 år med akademisk kontrovers angående den makroskopiske eksistensen av sekskantede diamanter. Forskningsresultatene gir ikke bare sterke bevis for den uavhengige eksistensen av sekskantet diamant, men legger også et solid grunnlag for dens utvikling som en ny generasjon av funksjonelle materialer med høy ytelse. Dette gjennombruddet forventes å drive teknologisk innovasjon innen superhardmaterialer og injisere ny drivkraft i utviklingen av relaterte næringer.

 

Hva erSekskantet diamant?

Heksagonal diamant (HD), også kalt Lonsdaleite, er en sekskantet allotrope av karbon der hvert karbonatom er sp³-hybridisert og tetrahedralt bundet til fire naboer, og danner et tredimensjonalt kovalent ramme. Først spådd i 1962 og identifisert i 1967 i meteorittisk materiale fra Canyon Diablo (Arizona), ble det oppkalt etter krystallograf Kathleen Lonsdale. I flere tiår var bare nanoskala fragmenter eller forstyrrede intergrofer tilgjengelig, så dens eksistens som en distinkt fase og dens iboende egenskaper forble kontroversielle. I 2025 ledet et team ledet av prof. Ho-Kwang (Dave) Mao ved Center for High Pressure Science & Technology Advanced Research syntetisert millimeterstørrelse, høyt ordnet enfase lonsdaleite ved å komprimere og varme opp grafitt-enkeltkrystaller av høy kvalitet under kontrollerte kvasi-hydrostatiske trykk. Elektronmikroskopi avslørte direkte konvertering av grafitt (1010) til HD (0002) og grafitt (0002) til HD (1010). De resulterende prøvene er nesten ren lonsdaleitt med bare spor kubikk-diamantdefekter og viser en hardhet som litt overstiger den for kubikkdiamant.

 

Hvordan er Lonsdaleite forskjellig fra kubikk diamant?

Lonsdaleite (sekskantet diamant) skiller seg fra kubikk diamant på fire viktige måter:

1 krystallsymmetri og stabling
• Lonsdaleite: sekskantet gitter, romgruppe P6₃/MMC; SP³-bundne karbonlag er stablet i en AB-AB-sekvens langs C-aksen.
• Kubisk diamant: ansiktssentrert kubikkgitter, romgruppe FD-3M; Lag følger en ABC-ABC-sekvens.

 

2 gitterparametere
• Lonsdaleite: A ≈ 2,51 Å, C ≈ 4,12 Å.
• Cubic Diamond: A=3.5668 Å.

 

3 Stabilitet og energi
• Lonsdaleite er ~ 0,025 eV per atom høyere i energi enn kubikkdiamant, noe som gjør det metastabelt.

 

4 mekaniske egenskaper
• Teori og nylig MM-skala enkeltkrystallsyntese indikerer at Lonsdaleite er litt vanskeligere (innrykk motstand ~ 152 GPa, 58 %

vanskeligere på {0001} planet vs diamant {111}).
• Kubisk diamant er fortsatt målestokken for hardhet (MOHS 10) og er lettere syntetisert i bulkform.

 

Følgelig gir Lonsdaleites sekskantede stabling og litt lengre bindingsgeometri den marginalt overlegen teoretisk hardhet, mens kubisk diamant gir større termodynamisk stabilitet og enkel produksjon.