Las estructuras cristalinas del diamante cúbico y la Lonsdaleita hexagonal tienen átomos dispuestos de manera diferente.
En naturaleza, Los diamantes se forman en las profundidades de la Tierra durante miles de millones de años. Este proceso requiere entornos con presiones excepcionalmente altas y temperaturas superiores a 1, 000 ℃.
Nuestro equipo internacional ha creado dos tipos diferentes de diamantes a temperatura ambiente y en cuestión de minutos. Es la primera vez que se producen diamantes con éxito en un laboratorio sin calor añadido.
Nuestros hallazgos se publican en la revista Pequeña .
Hay más de una forma de diamante.
Los átomos de carbono pueden unirse de varias formas para formar diferentes materiales, incluido el grafito negro suave y el diamante transparente duro.
Hay muchas formas conocidas de carbono con enlaces similares al grafito, incluido el grafeno, el material más delgado jamás medido. ¿Pero sabías que también hay más de un tipo de material a base de carbono con una unión similar al diamante?
En un diamante normal los átomos están dispuestos en una estructura cristalina cúbica. Sin embargo, también es posible organizar estos átomos de carbono para que tengan una estructura cristalina hexagonal.
Esta forma diferente de diamante se llama Lonsdaleita, nombrada en honor a la cristalógrafa irlandesa y miembro de la Royal Society Kathleen Lonsdale, que estudió la estructura del carbono mediante rayos X.
Hay mucho interés en Lonsdaleite, ya que se prevé que sea un 58% más duro que el diamante normal, que ya se considera el material natural más duro de la Tierra.
Fue descubierto por primera vez en la naturaleza, en el sitio del cráter del meteorito Canyon Diablo en Arizona. Desde entonces, se han sintetizado pequeñas cantidades de la sustancia en laboratorios calentando y comprimiendo grafito, utilizando una prensa de alta presión o explosivos.
Nuestra investigación muestra que tanto la Lonsdaleita como el diamante regular se pueden formar a temperatura ambiente en un entorno de laboratorio. simplemente aplicando altas presiones.
En fuerzas de "cizallamiento", el objeto se empuja en una dirección en un extremo, y la dirección opuesta en la otra. Crédito:Wiki Commons
Las muchas formas de hacer un diamante
Los diamantes se han sintetizado en laboratorios desde 1954. Entonces, Tracy Hall de General Electric los creó utilizando un proceso que imitaba las condiciones naturales dentro de la corteza terrestre, añadiendo catalizadores metálicos para acelerar el proceso de crecimiento.
El resultado fue alta presión, diamantes de alta temperatura similares a los que se encuentran en la naturaleza, pero a menudo más pequeño y menos perfecto. Estos todavía se fabrican hoy, principalmente para aplicaciones industriales.
El otro método importante de fabricación de diamantes es a través de un proceso de gas químico que utiliza un diamante pequeño como "semilla" para producir diamantes más grandes. Se requieren temperaturas de aproximadamente 800 ℃. Si bien el crecimiento es bastante lento, estos diamantes se pueden cultivar grandes y relativamente libres de defectos.
La naturaleza ha proporcionado indicios de otras formas de formar diamantes, incluso durante el impacto violento de meteoritos en la Tierra, así como en procesos como las colisiones de asteroides a alta velocidad en nuestro sistema solar, creando lo que llamamos "diamantes extraterrestres".
Los científicos han estado tratando de comprender exactamente cómo se forman los diamantes de impacto o extraterrestres. Existe alguna evidencia de que, además de las altas temperaturas y presiones, Las fuerzas de deslizamiento (también conocidas como fuerzas de "corte") podrían desempeñar un papel importante en el desencadenamiento de su formación.
Un objeto impactado por fuerzas de cizallamiento es empujado en una dirección en la parte superior y la dirección opuesta en la parte inferior.
Un ejemplo sería empujar una baraja de cartas hacia la izquierda en la parte superior y hacia la derecha en la parte inferior. Esto obligaría a la baraja a deslizarse y las cartas a extenderse. Por eso, Las fuerzas de corte también se denominan fuerzas de "deslizamiento".
Hacer diamantes a temperatura ambiente
Por nuestro trabajo, Diseñamos un experimento en el que un pequeño fragmento de carbono similar al grafito se sometió a fuerzas de corte extremas y altas presiones. para fomentar la formación de diamantes.
Esta imagen de microscopio electrónico muestra un "río" de diamantes en un "mar" de lonsdaleita.
A diferencia de la mayoría de trabajos anteriores en este frente, no se aplicó calentamiento adicional a la muestra de carbón durante la compresión. Usando microscopía electrónica avanzada, una técnica utilizada para capturar imágenes de muy alta resolución, se encontró que la muestra resultante contenía tanto diamante regular como Lonsdaleita.
En este arreglo nunca antes visto, un "río" delgado de diamantes (unas 200 veces más pequeño que un cabello humano) estaba rodeado por un "mar" de Lonsdaleita.
La disposición de la estructura recuerda a las "bandas de corte" observadas en otros materiales, donde un área estrecha experimenta intensa, cepa localizada. Esto sugiere que las fuerzas de cizallamiento fueron clave para la formación de estos diamantes a temperatura ambiente.
Nueces difíciles de romper
La capacidad de fabricar diamantes a temperatura ambiente. en cuestión de minutos, abre numerosas posibilidades de fabricación.
Específicamente, Hacer la Lonsdaleita "más dura que el diamante" de esta manera es una noticia emocionante para las industrias donde se necesitan materiales extremadamente duros. Por ejemplo, El diamante se utiliza para revestir brocas y hojas para prolongar la vida útil de estas herramientas.
El próximo desafío para nosotros es reducir la presión necesaria para formar los diamantes.
En nuestra investigación, la presión más baja a temperatura ambiente donde se observó la formación de diamantes fue de 80 gigapascales. ¡Esto es el equivalente a 640 elefantes africanos en la punta de una zapatilla de ballet!
Si tanto el diamante como la lonsdaleita pudieran fabricarse a presiones más bajas, podríamos hacer más de eso, más rápido y más barato.
Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original. 
