Ultratwardy grafit pozwoli obrabiać diamenty?

Ultratwardy grafit pozwoli obrabiać diamenty?

Perspektywa stworzenia materiału wystarczająco twardego, by mógł zarysować diament staje się coraz bliższa dzięki poznaniu nowej formy supertwardego grafitu.

W roku 2003 drogą eksperymentalną wykazano, że grafit, który normalnie jest dość miękki, pod ciśnieniem może uzyskać bardzo wysoką twardość. Próbka ściśnięta w diamentowych szczękach pod ciśnieniem 170 000 atmosfer spowodowała pęknięcie diamentu. Struktura atomowa materiału pozostała jednak nieokreślona.

Symulacje komputerowe prowadzone przez zespół naukowców Nankai University w chińskim Tianjin pokazały, że w skompresowanym grafit mógł przynajmniej częściowo przyjąć postać węgla bct (bct-carbon), złożonego z czteroatomowych pierścieni tego pierwiastka. Węgiel bct łączy w sobie własności diamentu, który ma strukturę sześcienną, oraz grafitu złożonego z luźno powiązanych płytek zbudowanych z pierścieni sześcioatomowych. W węglu bct poszczególne warstwy pierścieni połączone są silnymi wiązaniami pionowymi.

Zespół badaczy pod kierownictwem Hui-Tian Wang’a stworzył modele struktur krystalicznych, które potencjalnie mogły powstać w ściskanym graficie i odkrył, że uformowanie węgla bct wymaga najmniej energii spośród tych struktur.

Naukowcy oszacowali, że wytrzymałość węgla bct na ścinanie – czyli jego odporność na przesunięcie poszczególnych warstw względem siebie – jest o 17% wyższa niż w przypadku diamentu. Odkrycie to rodzi wizję tworzenia niespotykanie twardych materiałów, zdolnych do obróbki diamentów, bez konieczności zastosowania ekstremalnie wysokich temperatur. Tymczasem wytworzenie większości materiałów o twardości porównywalnej do diamentu wymaga zarówno wysokiej temperatury, jak i ciśnienia.

Artem Oganov z State University of New York uważa, że w porównaniu do innych kandydatów, „są znacznie silniejsze podstawy” by twierdzić, że węgiel bct może być twardszy niż diament, ale jednocześnie zastrzega, że wciąż potrzeba testów by to potwierdzić.

(bj)