實驗證明人工製造的六邊形鑽石比天然立方鑽石更堅硬
自然界最堅固的材料這一稱呼現在開始了激烈的競爭。研究人員首次有確鑿的證據表明,人類製造的六邊形鑽石比自然界中常見的立方體鑽石更堅硬,而且經常被用於珠寶中。六邊形鑽石因其六面晶體結構而得名,在一些隕石撞擊地點發現了六邊形鑽石,還有一些鑽石在實驗室裡被短暫製造出來,但這些鑽石要么太小,要么存在時間太短,無法測量。
現在,華盛頓州立大學衝擊物理研究所的科學家們製造出了足夠大的六邊形鑽石,可以用聲波測量它們的剛度。他們的研究結果在最近的《物理評論B》上的一篇論文中詳細介紹。
“金剛石是一種非常獨特的材料,”衝擊物理研究所所長、該研究的通訊作者Yogendra Gupta說。”它不僅是最強的–還具有美麗的光學特性和非常高的熱導率。現在,我們已經製造出了在衝擊壓縮實驗下產生的六邊形鑽石,它的硬度和強度明顯高於普通天然鑽石。”
長期以來,研究人員一直想製造出一種比天然鑽石更堅固的材料,它可以在工業上有多種用途。雖然許多人理論上認為六邊形鑽石會更強,但WSU的研究提供了第一個實驗證據,證明它們是更強的。
主要作者Travis Volz現在是勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室的博士後研究員,他在WSU的論文工作重點是用石墨創造六邊形鑽石。在這項研究中,沃爾茲和古普塔使用火藥和壓縮氣體,以每小時約15000英里的速度將約一角硬幣大小的小石墨盤推進到透明材料上。撞擊在這些圓盤中產生了衝擊波,非常迅速地將它們變成了六邊形的鑽石。
撞擊後,研究人員立即產生了一個小聲波,並使用激光測量其在鑽石中的運動。聲音在較硬的材料中移動得更快。以前聲音在立方鑽石中移動速度最快,而在實驗室製造的六邊形鑽石中,聲音移動速度更快。每個過程都發生在幾十億分之一秒,或納秒內,但研究人員利用最新的技術能夠在高速沖擊摧毀鑽石之前進行剛度測量。
剛度是指材料在力或壓力下抵抗變形的能力–例如,岩石比橡膠更硬,因為橡膠受壓後會彎曲。硬度是指抗劃傷或其他表面變形的能力。雖然研究人員無法直接劃傷鑽石來測試硬度,但通過測量鑽石的硬度,他們可以對鑽石的硬度進行推斷。如果科學發展到可以創造和回收實驗室製造的六邊形鑽石的程度,它們可能會有一系列的用途。
“硬質材料對加工能力很有用,”沃爾茲說。”例如,金剛石在鑽頭中已經使用了很長時間。由於我們發現六邊形金剛石可能比立方金剛石更硬,因此它可能是加工、鑽孔或任何類型的應用中使用立方金剛石的優越替代品。 “
雖然工業優勢明顯,但Gupta表示,六邊形鑽石也有可能有一天被用於訂婚戒指上。目前實驗室製造的立方鑽石與天然同行相比價值較低,但六邊形鑽石可能會更加新穎。
“如果有一天我們能生產它們並對它們進行拋光,我想它們的需求量會比立方鑽石更大。”