Kinesiske forskeres kunstige diamanter tåler 1.000 grader
Diamanter er det hårdeste materiale, der anvendes til skæreværktøj. Men diamant har ringe termisk stabilitet, og det begrænser anvendelsen ved høje temperaturer.
Nu har en gruppe kinesiske forskere, anført af Yongjun Tian fra Yanshan University, fremstillet en kunstig form for diamant, der både har høj hårdhed og høj termisk stabilitet.
Deres nye materiale har en hårdhed på 200 gigapascal og er termisk stabilt over for oxidering op til over 1.000 grader celsius - mere end 200 grader højere end for naturlig diamant - fremgår det af forskernes artikel i Nature.
Der er gennem tiderne udviklet en lang række diamantbaserede kompositmaterialer til anvendelser inden for mineindustri og fremstillingsindustri. Et problem for sådanne materialer er dog, at de meget let tillader små revner i materialet at vokse, så skæreværktøjet let går katastrofalt i stykker - brudsejheden er lav.
Den såkaldte Hall-Petch-effekt bevirker, at hårdheden for diamantkomposit øges, når kornstørrelsen af de indgående materialer mindskes. Den øgede hårdhed modsvares dog af lavere brudsejhed.
Nyere forskning de senere år har imidlertid vist, at når kornstørrelsen er mindre end ca. 100 nanometer, kan brudsejheden vokse, når kornstørrelsen mindskes.
Fra løg af kulstof til nanodiamanter
Udgangspunktet for det nye materiale, der både har høj hårdhed, brudsejhed og termisk stabilitet, er kulstofpartikler, der er opbygget som et løg bestående af flere lag.
Et tiskals kulstofpartikel vil eksempelvis inderst have det fodboldformede kulstofmolekyle C60, udenom vil findes et C240 molekyle. De næste lag vil indeholde henholdsvis 540, 960, 1.500, 2.160, 2.190, 3.830, 4.860 og 6.000 kulstofatomer med en afstand mellem de enkelte lag på 0,30-0,34 nanometer.
Når disse partikler udsættes for tryk på 18-25 GPa og temperaturer mellem 1.850 og 2.000 grader celsius, dannes en form for gennemsigtig nanokrystallinsk diamant med de velegnede egenskaber.
Foreløbig har forskerne kun fremstillet stykker af deres kompositmateriale, der måler nogle få millimeter.
James Boland fra den australske forskningsorganisation Csiro skriver i en kommentar i Nature, at det stadig er uafklaret, om processen kan bruges på industriel skala.
Men forskningsresultatet viser de store fremskridt, der de seneste ti år er sket inden for nanodiamanter. Og de nye teknikker til at fremstille nanodiamanter, mener han, kan også føre til en række nye materialer med høj termisk ledningsevne, høj optisk transparens og høj tolerancer over for ioniserende stråling.
