Επιστήμονες στην Κίνα κατάφεραν να δημιουργήσουν ένα «διαμάντι» με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα από το φυσικό.
Σχεδόν 70 χρόνια από το πρώτο συνθετικό διαμάντι (lab grown), ερευνητές από τα Πανεπιστήμια Sun Yat-sen και Jilin στην Κίνα κατάφεραν δημιουργήσουν στο εργαστήριο το πρώτο εξαγωνικό διαμάντι. Σύμφωνα με τη δημοσίευσή τους στο Nature Materilas, κατάφεραν να αναπαραγάγουν τη δομή του λονσντεϊλίτη ή lonsdaleite -όπως ονομάστηκε προς τιμήν της κρυσταλλογράφου Kathleen Lonsdale- ενός σπάνιου φυσικού διαμαντιού, αλλοτροπικής μορφής άνθρακα ακριβέστερα- με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα λόγω της εξαγωνικής δομής του που εντοπίστηκε προ πέντε δεκαετιών σε περιοχές όπου είχαν πέσει μετεωρίτες. Το επίτευγμά τους ανοίγει νέο κεφάλαιο στην επιστήμη των υλικών και βιομηχανία διαμαντιών, υπογραμμίζοντας για μια ακόμη φορά ότι είναι παντοτινά, ιδίως όταν κατασκευάζονται στα εργαστήρια.
Πλεονεκτήματα της εξαγωνικής δομής
Τα διαμάντια οφείλουν τη λάμψη και την ασύγκριτη αντοχή τους -είναι το σκληρότερο ορυκτό στον πλανήτη- στην κυβική κρυσταλλική δομή τους. Οι λονσντεϊλίτες -τα «εξαγωνικά διαμάντια» όπως ονομάστηκαν καταχρηστικά- αποδείχθηκαν ακόμα πιο ανθεκτικοί. Η εργαστηριακή τους κατασκευή ωστόσο αποτέλεσε μεγάλη πρόκληση -τα δείγματα στη φύση ήταν μικροσκοπικά και οι συνθήκες για τον σχηματισμό τους ακραίες.
Για να προσομοιώσουν τις συνθήκες πρόσκρουσης μετεωρίτη, οι ερευνητές υπέβαλαν γραφίτη σε τεράστιες πιέσεις, πριν τον θερμάνουν στους 1.527°C. Το υλικό που προέκυψε διέθετε εξαγωνική κρυσταλλική δομή, αντί της κυβικής των φυσικών διαμαντιών, ενώ αποδείχθηκε για πρώτη φορά ο ρόλος της στην ανθεκτικότητά του. Η σκληρότητα του νέου διαμαντιού έφτασε τα 155 γιγαπασκάλ (GPa) -μονάδα μέτρησης της πίεσης που μπορεί να αντέξει ένα υλικό- σε σύγκριση με τα 110 GPa των φυσικών διαμαντιών, μια διαφορά που αντιστοιχεί σε περίπου 445.000 φορές την ατμοσφαιρική πίεση. Η θερμική του σταθερότητα είναι εξίσου εντυπωσιακή, καθώς αποδείχθηκε ικανό να αντέξει θερμοκρασίες έως τουλάχιστον 1.100°C σε αντίθεση με τα νανοδιαμάντια που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές και αντέχουν μέχρι 900°C. Το φυσικό διαμάντι, αν και πιο ανθεκτικό στη θερμότητα, διατηρεί την εν λόγω ιδιότητα μόνο στο κενό.
Είναι σημαντικό ότι η ερευνητική ομάδα κατάφερε να ξεπεράσει ορισμένους από τους συνήθεις περιορισμούς στη σύνθεση εξαγωνικών διαμαντιών, εντοπίζοντας παράλληλα κάποιους μηχανισμούς για μεγαλύτερη παραγωγή στο μέλλον.
Νέα εποχή για τη βιομηχανία διαμαντιών
Αυτή δεν ήταν η πρώτη φορά που οι επιστήμονες επιχειρούν να δημιουργήσουν τεχνητά διαμάντια με εξαγωνική δομή. Το 2016, ερευνητές παρήγαγαν παρόμοια διαμάντια από άμορφο άνθρακα, υλικό χωρίς συγκεκριμένη δομή. Αν και ο δρόμος για τη μαζική παραγωγή παραμένει μακρύς, οι πρώτες ενδείξεις σχετικά με τη σκληρότητα και τη θερμική σταθερότητά του νέου υλικού υποδεικνύουν τις μεγάλες προοπτικές τους για χρήση στις διατρήσεις, τη βιομηχανική μηχανική, την αποθήκευση δεδομένων, την ηλεκτρονική και οπτική τεχνολογία.
Τέλος, παρότι η χαρακτηριστική κιτρινωπή ή καφετί απόχρωσή του θα ήταν ιδανική για τη δημιουργία μοναδικών κοσμημάτων, η σπανιότητα και η δύσκολη κατεργασία του μάλλον θα αποκλείει τέτοια σενάρια.
Βιώσιμη εναλλακτική;
Καθώς η αγορά των εργαστηριακά παραγόμενων διαμαντιών διευρύνεται, εγείρονται ερωτήματα σχετικά με τη βιωσιμότητα και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της επίμαχης τεχνολογίας. Μολονότι η παραγωγή τους στο εργαστήριο παρουσιάζεται συχνά ως πιο βιώσιμη εναλλακτική αντί της εξόρυξης, έρευνες δείχνουν ότι οι ενεργειακές απαιτήσεις είναι αρκετά υψηλές, ιδιαίτερα αν βασίζεται σε μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Το εξαγωνικό διαμάντι, λόγω των σπάνιων συνθηκών σχηματισμού και της υψηλής δυσκολίας παραγωγής του, ίσως αντιμετωπίσει παρόμοιες προκλήσεις στη μαζική παραγωγή. Εντούτοις, αν η διαδικασία παραγωγής του βελτιστοποιηθεί με βιώσιμες πρακτικές, θα μπορούσε να αποτελέσει ένα ηθικό και καινοτόμο υλικό για τεχνολογικές και βιομηχανικές εφαρμογές και να οδηγήσει σε σημαντικές επιστημονικές και τεχνολογικές εξελίξεις σε διάφορους τομείς.
Φωτογραφίες: Getty Images / Ideal Image