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¡Descubren un nuevo camino! Científicos chinos sintetizan por primera vez un diamante hexagonal

2025-02-19 10:09:27

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El equipo de Liu Bingbing y Yao Mingguang del Laboratorio de Alta Presión de la Universidad de Jilin, en colaboración con el profesor Zhu Shengcai de la CUHK, publicó un estudio en Nature Materials, descubriendo una nueva forma de convertir el grafito en diamante hexagonal a alta temperatura y alta presión, y sintetizando muestras de alta calidad por primera vez, con una dureza superior a la del diamante cúbico y buena estabilidad térmica. Este logro proporciona una nueva forma de sintetizar el



El equipo de Liu Bingbing y Yao Mingguang del Laboratorio de Alta Presión de la Universidad de Jilin, en colaboración con el profesor Zhu Shengcai de la CUHK, publicó un estudio en Nature Materials, descubriendo una nueva forma de convertir el grafito en diamante hexagonal a alta temperatura y alta presión, y sintetizando muestras de alta calidad por primera vez, con una dureza superior a la del diamante cúbico y buena estabilidad térmica. Este logro proporciona una nueva forma de sintetizar el diamante hexagonal, confirma su existencia independiente, enriquece el campo de los materiales de carbono superduros o amplía la aplicación del diamante cúbico, y también es de gran importancia para la investigación geológica y de diamantes meteoríticos.


En 1967, científicos estadounidenses descubrieron unos raros "superdiamantes" en el cráter de un meteorito. Tienen una estructura cristalina hexagonal y son más duros, pero la síntesis artificial de diamantes hexagonales puros lleva mucho tiempo sin resolverse. Estudios anteriores han sugerido que la estructura de fase de alta presión del carbono sp3 es la clave para la transformación del grafito en diamante cúbico. Inspirado por esto, el equipo diseñó un experimento de alta temperatura y alta presión, utilizando tecnología de celdas de yunque de diamante calentadas por láser para descubrir que el grafito forma una fase post-grafito bajo alta presión, y luego sintetizaron con éxito el diamante hexagonal mediante calentamiento local.


El equipo de investigación ha estado estudiando materiales de carbono bajo presión ultraalta durante mucho tiempo y descubrió una variedad de nuevas estructuras y propiedades (publicado en Nature, Science). Estudios anteriores propusieron un nuevo mecanismo para la transformación del grafito en diamante cúbico, señalando que la estructura de fase de alta presión del carbono sp3 es la clave (publicado en Phys. Rev. Lett.). Inspirado por esto, el equipo diseñó un experimento de alta temperatura y alta presión, utilizando tecnología de celda de yunque de diamante calentada por láser para descubrir que el grafito forma una "fase post-grafito" a 50 GPa, y luego sintetizó con éxito el diamante hexagonal mediante calentamiento. Combinado con simulación de dinámica molecular, reveló el papel clave del apilamiento de capas de grafito en la formación del diamante hexagonal, lo que confirma el nuevo camino.


El equipo de investigación ha estado desarrollando de forma independiente tecnología de ultraalta presión de cavidad grande durante mucho tiempo, resolviendo el problema del límite de tamaño y presión de la cavidad de la prensa, innovando yunques y conjuntos de carburo de tungsteno, logrando una presión ultraalta de 40 GPa, un aumento del 60%, y apoyando la preparación de materiales de alta temperatura y alta presión (Ingeniería, Chin. Phys. Lett. publicado). Para la síntesis de diamante hexagonal, se introduce el material de diferencia de conductividad térmica para producir un gradiente de temperatura, simulando condiciones de alta temperatura y alta presión, y se obtiene un diamante hexagonal de alta orientación a nivel milimétrico a 30 GPa y 1400 ℃. La dureza de este diamante es de 155 ± 9 GPa, que es un 40% más alta que la del diamante natural, y la estabilidad térmica al vacío alcanza los 1100 ℃, que es mejor que el nanodiamante.


Este logro proporciona una manera eficaz de sintetizar artificialmente diamante hexagonal en fase pura, añadiendo nuevos miembros con mejor rendimiento a materiales superduros y nuevos materiales de carbono. También es de gran importancia para comprender en profundidad las fuentes específicas de diamantes en meteoritos y eventos geológicos importantes.

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