Благодаря использованию фуллеренов удалось создать кристаллическую структуру алмаза, которая обладает меньшей ломкостью и не имеет выраженной упорядоченности.
Алмаз является самым твердым минералом, встречающимся в природе. Однако его полезное свойство – исключительная твердость – имеет и обратную сторону: хрупкость. Алмазом можно легко поцарапать стекло или сталь, но при этом он также легко раскалывается при сильном ударе. Недавно ученые из Китая и США разработали способ получения алмазов, обладающих меньшей хрупкостью. Их исследование опубликовано в новом статье, опубликованной в журнале Nature.
Высокая степень упорядоченности атомов углерода в кристаллической решетке обуславливает как твердость, так и хрупкость алмаза. Она сохраняется и на ближнем порядке, на расстояниях, сравнимых с размерами атомов, и на неограниченном дальнем порядке. Чтобы снизить хрупкость алмаза, не уменьшая при этом его твердость, исследователи стремятся создать структуру, которая сохраняет упорядоченность на коротких и средних расстояниях, но не обладает дальним порядком. Подобные структуры получили название паракристаллическими.
Для получения этих алмазов Говард Шэн (Howard Sheng) из Университета Джорджа Мейсона и его коллеги модифицировали общепринятый метод их синтеза. Традиционно искусственные алмазы изготавливаются из углерода, подвергаемого воздействию экстремального давления и высокой температуры. Чтобы удалить дальний порядок в готовом кристалле, сохранив при этом ближний, в стандартную технологию внесли добавки фуллерены — это сложные органические молекулы, которые имеют форму полых сфер, состоящих из углеродных многогранников.
Исходные материалы нагревали до температур от 900 до 1300 °C и обрабатывали давлением до 27-30 гигапаскалей. Для сравнения, стандартное атмосферное давление составляет 100 килопаскалей, что значительно ниже. Эксперименты показали, что при таких условиях микросферы фуллеренов схлопываются, подобно сдувшимся шарикам, и включаются в структуру минерала. Этот процесс приводит к ослаблению дальнего порядка в кристаллической решетке и снижает ее хрупкость.
Для реализации новой методики потребовались более низкие температуры и давление, чем обычно используются при производстве синтетических алмазов. Однако, совсем недавно ученым удалось получать их даже при комнатной температуре.