Oprócz jubilerstwa, diament, jest wykorzystywany w górnictwie, przemyśle samochodowym czy lotniczym ze względu na jego wysoką twardość. Stanowi doskonały materiał na narzędzia tnące, lecz niska stabilność, zwłaszcza w wysokich temperaturach ogranicza jego możliwości. Naprzeciw temu, wychodzi grupa naukowców z Uniwersytetu Yanshan w Chinach, wytwarzając syntetyczny diament naśladujący a nawet przewyższający właściwości naturalnego diamentu. Wykorzystanie nanostruktur do tego celu, pozwoliło ominąć ograniczenia naturalnego diamentu, poszerzając zastosowania diamentu. Jak tego dokonano? W poprzednich badaniach nad udoskonaleniem diamentu, spotykano ograniczenia dotyczące rozmiaru cząstek. Nie udało się zsyntetyzować diamentu przy udziale bliźniaczych struktur poprzez bezpośrednie konwersje innych prekursorów węgla takich jak grafit, węgiel bezpostaciowy czy węgiel szklisty. Pod przewodnictwem Yongjun Tian i Quan Huang wykorzystano nanocząstki węgla układając je w specjalne struktury a następnie poddając je wysokiej temperaturze i ciśnieniu. Pozwoliło to na utworzenie nanobliźniaczych względem siebie domen wielkości kliku nanometrów, które w rezultacie są znacznie sztywniejsze niż naturalnie występujące w diamentach. Twardość takiego wytworu badano pod wpływem ciśnienia osiągającego wartość 200 Gigapaskali, osiągając pozytywny rezultat. Warto zauważyć, że naturalnie występujący diament nie przetrwałby nawet połowy wartości tego ciśnienia. Co więcej, testowano również jego wytrzymałość na wysokie temperatury. Jak dowiedziono, syntetyczny diament zaczął się utleniać w temperaturze 980-1056 °C, czyli o 200 ° C wyżej niż jego naturalny odpowiednik. Przedstawione wyniki wydają się być obiecujące..
Diament to nic innego jak węgiel. Pierwiastek, z którego w ok. 18 % składa się nasze ciało. Naturalny diament występuje 161 km pod powierzchnią Ziemi, gdzie panują odpowiednie warunki ciśnienia i temperatury, aby mógł zostać wytworzony z węgla. Dzięki tym przemianom, uważany jest za jeden z najtwardszych minerałów świata. Co decyduje o jego właściwościach? Sekret tkwi w nietypowej krystalicznej budowie molekularnej, w której atomy węgla tworzące sieć krystaliczną formują tetraedr. To sprawia, ze diament jest bardzo twardy i nie przewodzi prądu elektrycznego. Oprócz jubilerstwa, diament, z uwagi na jego twardość, jest wykorzystywany w górnictwie, przemyśle samochodowym czy lotniczym. Zastosowanie powyższej metody otwiera nowe możliwości tworzenia nowoczesnych, super sztywnych materiałów o wyjątkowych właściwościach mechanicznych i trwałości termicznej.
Warto również zwrócić uwagę na grafen – jeden z najbardziej obiecujących materiałów przyszłości. W porównaniu z syntetycznym diamentem, posiada strukturę podobną do plastra miodu, choć grubość powierzchni takiej warstwy nie przekracza grubości jednego atomu. Co więcej, doskonale przewodzi prąd elektryczny, jest przezroczysty i elastyczny, stukrotnie wytrzymalszy od stali, co czyni go idealnym materiałem do produkcji części elektronicznych. Ważnym faktem jest, że grupa polskich naukowców po raz pierwszy przyczyniła się do wyprodukowania tego materiału na skalę przemysłową.
Szczególnie istotne jest to, że opracowanie metody wytwarzania i modyfikacji grafenu miało miejsce w Instytucie Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej. Otworzyło to drogę do opracowania materiału, do tzw. rewersyjnego przechowywania wodoru. Projekt ten realizowany pod przewodnictwem prof. Piotra Kuli stanowi przełomowe wydarzenie na skalę światową. Więcej informacji dotyczących grafenu można znaleźć na portalu Biotechnologia.pl.
Magdalena Zając
Źródła:
http://www.iflscience.com/chemistry/hardest-synthetic-diamond-yet-created
http://www.chemguide.co.uk/atoms/structures/giantcov.html
http://science.howstuffworks.com/environmental/earth/geology/diamond2.html
http://biotechnologia.pl/biotechnologia/doniesienia-naukowe/grafen-z-kazdego-laboratorium,1225
http://www.nature.com/nature/journal/v510/n7504/full/nature13381.html
http://www.livescience.com/46359-hardest-synthetic-diamondscreated.html?cmpid=514627_20140617_26158736
