Ученыкам удалось получить алмаз из графита, превосходящий природный по твердости. Это стало возможным благодаря созданию условий, необходимых для формирования гексагональной кристаллической структуры.
Во всем мире алмазы высоко ценятся и используются в различных отраслях по разным причинам. Ювелиры обращают внимание на их блеск и чистоту, а инженеры и стоматологи — на исключительную твердость. Алмазы обладают максимальной твердостью, занимая первое место (10 баллов) по шкале Мооса, которая используется для определения относительной твердости минералов. Благодаря этому, большинство других минералов могут быть поцарапаны или разрезаны алмазами. Например, бриллиантовые серьги способны царапать сапфировые стекла мобильных устройств, а алмазные резаки легко справляются с различными видами стекла.
Повышенная твердость и широкое использование в промышленности обусловили растущий спрос на искусственные алмазы. Сверла и буры, оснащенные алмазной крошкой, эффективно применяются для обработки керамики, зубных материалов, металлов и горных пород. Разработано несколько методов выращивания синтетических алмазов, предназначенных для использования в инженерных, научных и ювелирных областях.
Для большинства природных и синтетических алмазов характерна кубическая кристаллическая структура. Промышленное применение этой особенности пытались найти исследователи создавать более твердые алмазы с гексагональной решеткой, но получали слишком маленькие и некачественные образцы. Природные алмазы с гексагональной решеткой существуют, их можно обнаружить в метеоритных кратерах, где они известны как лондслеит.
Международная группа ученых разработала метод получения гексагональных алмазов из графита, который является аллотропной формой углерода с гексагональной кристаллической структурой. Для этого материал нагревали до температуры приблизительно 1500 градусов Цельсия в камере высокого давления. В ходе исследования было установлено, что при таких условиях графит можно преобразовать в синтетический алмаз с необходимой кристаллической структурой. Работа опубликована в Nature Materials.
Разработанный исследователями алмаз, имеющий размеры в несколько миллиметров, продемонстрировал твердость, равную 155 гигапаскалей, и сохранил термическую стабильность до 1100 градусов Цельсия. Твердость природных алмазов обычно находится в диапазоне 70-100 гигапаскалей, а их термическая стойкость составляет до 700 градусов Цельсия. При дальнейшем нагревании они либо трансформируются в графит в отсутствие кислорода, либо вступают в реакцию с кислородом, образуя углекислый газ — CO2.
По мнению исследователей, алмазы, произведенные с использованием их технологии, вряд ли найдут применение в ювелирном деле. Их повышенная твердость оценят в бурении и обработке материалов, а также микроэлектронике. Синтетические алмазы могут работать как подложки для выращивания транзисторов и используются учеными в исследованиях сверхпроводимости.