实验证明人工制造的六边形钻石比天然立方钻石更坚硬

2021年03月31日 22:30 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

自然界最坚固的材料这一称呼现在开始了激烈的竞争。研究人员首次有确凿的证据表明,人类制造的六边形钻石比自然界中常见的立方体钻石更坚硬,而且经常被用于珠宝中。六边形钻石因其六面晶体结构而得名,在一些陨石撞击地点发现了六边形钻石,还有一些钻石在实验室里被短暂制造出来,但这些钻石要么太小,要么存在时间太短,无法测量。

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现在,华盛顿州立大学冲击物理研究所的科学家们制造出了足够大的六边形钻石,可以用声波测量它们的刚度。他们的研究结果在最近的《物理评论B》上的一篇论文中详细介绍。

"金刚石是一种非常独特的材料,"冲击物理研究所所长、该研究的通讯作者Yogendra Gupta说。"它不仅是最强的--还具有美丽的光学特性和非常高的热导率。现在,我们已经制造出了在冲击压缩实验下产生的六边形钻石,它的硬度和强度明显高于普通天然钻石。"

长期以来,研究人员一直想制造出一种比天然钻石更坚固的材料,它可以在工业上有多种用途。虽然许多人理论上认为六边形钻石会更强,但WSU的研究提供了第一个实验证据,证明它们是更强的。

主要作者Travis Volz现在是劳伦斯-利弗莫尔国家实验室的博士后研究员,他在WSU的论文工作重点是用石墨创造六边形钻石。在这项研究中,沃尔兹和古普塔使用火药和压缩气体,以每小时约15000英里的速度将约一角硬币大小的小石墨盘推进到透明材料上。撞击在这些圆盘中产生了冲击波,非常迅速地将它们变成了六边形的钻石。

撞击后,研究人员立即产生了一个小声波,并使用激光测量其在钻石中的运动。声音在较硬的材料中移动得更快。以前声音在立方钻石中移动速度最快,而在实验室制造的六边形钻石中,声音移动速度更快。每个过程都发生在几十亿分之一秒,或纳秒内,但研究人员利用最新的技术能够在高速冲击摧毁钻石之前进行刚度测量。

刚度是指材料在力或压力下抵抗变形的能力--例如,岩石比橡胶更硬,因为橡胶受压后会弯曲。硬度是指抗划伤或其他表面变形的能力。虽然研究人员无法直接划伤钻石来测试硬度,但通过测量钻石的硬度,他们可以对钻石的硬度进行推断。如果科学发展到可以创造和回收实验室制造的六边形钻石的程度,它们可能会有一系列的用途。

"硬质材料对加工能力很有用,"沃尔兹说。"例如,金刚石在钻头中已经使用了很长时间。由于我们发现六边形金刚石可能比立方金刚石更硬,因此它可能是加工、钻孔或任何类型的应用中使用立方金刚石的优越替代品。"

虽然工业优势明显,但Gupta表示,六边形钻石也有可能有一天被用于订婚戒指上。目前实验室制造的立方钻石与天然同行相比价值较低,但六边形钻石可能会更加新颖。

"如果有一天我们能生产它们并对它们进行抛光,我想它们的需求量会比立方钻石更大。"

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