Tým pod vedením doktora Mingguanga Yaoa použil na grafit tlak 300 000 atmosfér a vysoké teploty, aby vytvořil hexagonální strukturu.
- Lonsdaleit: hexagonální forma diamantu, o 40 % tvrdší než běžný diamant.
- Vytvořili ji čínští vědci v laboratoři po 50 letech pokusů.
- Extrémní tlak: 30 GPa (~300 000 atmosfér) na grafit.
- Vysoká teplota: až 1 100 °C pro stabilizaci struktury.
- Rekordní velikost: krystaly až 1,2 mm.
- Potenciál v elektronice, průmyslovém řezání a tepelně odolných povlacích.
- Zatím není vhodný pro velkovýrobu, ale slibuje trvale udržitelné aplikace.
Diamant se strukturním zvratem
Lonsdaleit je hexagonální forma uhlíku, typ běžného diamantu s vynikajícími fyzikálními vlastnostmi. Byl objeven v roce 1967 v úlomcích meteoritů a díky své teoretické tvrdosti, která překonává i tradiční kubický diamant, je studován již několik desetiletí.
Jedinečnost lonsdaleitu spočívá v jeho hexagonální krystalové struktuře na rozdíl od kubické struktury běžného diamantu. Toto uspořádání mu dává zvýšenou směrovou pevnost, která je ideální pro aplikace vyžadující extrémní odolnost vůči mechanickému namáhání.
Tato forma uhlíku, pojmenovaná na počest Dame Kathleen Lonsdaleové, průkopnice v krystalografii, představuje významný průlom ve vývoji ultrapevných materiálů.
Od grafitu k hexagonálnímu diamantu
Týmu vedenému Dr. Mingguangem Yao z Jilinské univerzity se podařilo syntetizovat lonsdaleit vystavením grafitu tlaku přibližně 30 gigapascalů (GPa), což odpovídá více než 300 000 atmosfér.
Současně použili teplotu až 1 100 stupňů Celsia, která je nezbytná k přeskupení atomů uhlíku do požadované hexagonální struktury, aniž by došlo k jejich rozpadu na běžnější fáze.
Tento proces vyžaduje přesnou kontrolu tlaku, teploty a času– nestabilní rovnováhu, která při narušení zcela zničí vznik materiálu.
Tvrdší než diamant
Testy ukázaly, že lonsdaleit je o 40 % tvrdší než tradiční diamant. Ten je sice již dnes etalonem pro řezné nástroje, ale nová forma slibuje překonat jeho schopnosti, zejména za vysokých tlaků nebo teplot.
Na rozdíl od konvenčního diamantu, který vzniká za nižších tlaků, vyžaduje lonsdaleit šestkrát extrémnější podmínky, což dosud znemožňovalo jeho syntézu ve viditelném měřítku.
Rozměry užitečné pro průmysl
Tímto výzkumem se podařil nevídaný úspěch: krystaly o průměru pouhých 1,2 milimetru. I když jsou stále malé pro mnoho průmyslových aplikací, jejich velikost již umožňuje praktické testování mimo mikroskopické prostředí.
To otevírá cestu k budoucí průmyslové výrobě, která byla ještě před několika lety nemyslitelná.
Klíčová tepelná stabilita
Jednou z nejvýraznějších vlastností je tepelná stabilita. Na rozdíl od jiných supertvrdých materiálů zůstává lonsdaleit stabilní při extrémních teplotách, což z něj činí ideálního kandidáta pro elektronické nebo mechanické součástky, které jsou vystaveny extrémnímu teplu.
Bez přesné tepelné kontroly při výrobě by se struktura mohla zhroutit. Proto vědci zkoumají také řízené náběhy teplot, aby zajistili správný růst krystalů.
Hromadná výroba? Zatím ne
Syntézu lonsdaleitu zatím nelze realizovat v průmyslovém měřítku. Trvalá reprodukce extrémních tlakových a teplotních podmínek představuje technickou a ekonomickou výzvu.
Tým pracuje na nalezení chemických katalyzátorů a přísad, které by snížily energetickou náročnost procesu. Klíčové je, aby bylo možné vyrábět za rozumnou cenu.
Inspirace kosmickými otřesy
V přírodě vzniká lonsdaleit při dopadech meteoritů, kdy se během zlomku sekundy vytvoří obrovské tlaky a teploty. Napodobit tyto podmínky v laboratoři se ukázalo jako náročné.
Schopnost reprodukovat takové astronomické události v kontrolovaném prostředí však představuje obrovský krok vpřed v materiálové vědě.
Aplikace mimo šperkařství
Tento nový typ diamantu má slibné využití v průmyslových odvětvích, jako jsou např:
- vysokoteplotní elektronika.
- Průmyslové řezné nástroje.
- Povlaky odolné proti opotřebení.
- Mechanické součásti vystavené vysokému tření.
V dlouhodobém horizontu může v některých konstrukčních aplikacích díky své odolnosti a tepelné stabilitě dokonce nahradit toxické nebo znečišťující materiály, jako je azbest.
Potenciál této technologie
Lonsdaleit má potenciál stát se klíčovým stavebním prvkem technologické udržitelnosti. Jeho extrémní tvrdost a tepelná stabilita mohou prodloužit životnost nástrojů a součástí a snížit spotřebu materiálu a energie při jejich výměně.
Kromě toho.
- Snižuje závislost na konfliktních nerostech, protože jej lze vyrobit z běžného grafitu.
- Může nahradit kontaminující nebo karcinogenní povlaky, jako je azbest, zejména v průmyslovém prostředí.
- Díky své schopnosti pracovat při vysokých teplotách bez rozpadu je ideální pro turbíny, reaktory nebo koncentrované solární systémy, což zvyšuje účinnost a snižuje nároky na údržbu.
Pokud se podaří fúzní procesy rozšířit a optimalizovat, mohl by lonsdaleit vést ke změnám ve způsobu výroby a šetření zdrojů. Tato technologie, ačkoli je stále v plenkách, má potenciál posílit přechod k čistšímu, účinnějšímu a udržitelnějšímu průmyslu.
