stringtranslate.com

Лонсдейлит

Лонсдейлит (названный в честь Кэтлин Лонсдейл ), также называемый гексагональным алмазом в связи с кристаллической структурой , является аллотропом углерода с гексагональной решеткой, в отличие от кубической решетки обычного алмаза . Он встречается в природе в метеоритных обломках; когда метеоры , содержащие графит, падают на Землю, огромное тепло и напряжение удара превращают графит в алмаз , но сохраняют гексагональную кристаллическую решетку графита . Лонсдейлит был впервые обнаружен в 1967 году в метеорите Canyon Diablo , где он встречается в виде микроскопических кристаллов, связанных с обычным алмазом. [5] [6]

Он полупрозрачный и коричневато-желтый, имеет показатель преломления 2,40–2,41 и удельный вес 3,2–3,3. Его твердость теоретически превосходит твердость кубического алмаза (до 58% больше), согласно компьютерному моделированию, но природные образцы показали несколько более низкую твердость в широком диапазоне значений (от 7 до 8 по шкале твердости Мооса ). Предполагается, что причина в том, что образцы были пронизаны дефектами решетки и примесями. [7]

Помимо месторождений метеоритов, гексагональный алмаз был синтезирован в лабораторных условиях (1966 или ранее; опубликовано в 1967 году) [8] путем сжатия и нагрева графита либо в статическом прессе, либо с использованием взрывчатых веществ. [9]

Твёрдость

Согласно общепринятой интерпретации результатов исследования скудных образцов, собранных из метеоритов или изготовленных в лаборатории, лонсдейлит имеет гексагональную элементарную ячейку , связанную с элементарной ячейкой алмаза таким же образом, как связаны гексагональная и кубическая плотноупакованные кристаллические системы . Его алмазную структуру можно считать состоящей из взаимосвязанных колец из шести атомов углерода в конформации кресла . В лонсдейните некоторые кольца находятся в конформации лодки вместо этого. В наномасштабных размерах кубический алмаз представлен диамондоидами , тогда как гексагональный алмаз представлен вюрцоидами . [10]

В алмазе все связи углерод-углерод, как внутри слоя колец, так и между ними, находятся в шахматной конформации , что приводит к тому, что все четыре кубодиагональных направления эквивалентны; тогда как в лонсдейлейте связи между слоями находятся в заслоненной конформации , которая определяет ось гексагональной симметрии.

Минералогическое моделирование предсказывает, что лонсдейлит на 58% тверже алмаза на грани <100> и выдерживает давление вдавливания 152  ГПа , тогда как алмаз сломается при 97 ГПа. [11] Это значение еще превосходит твердость вершины алмаза IIa <111>, составляющая 162 ГПа.

Экстраполированные свойства лонсдейлита были подвергнуты сомнению, особенно его превосходная твердость, поскольку образцы при кристаллографическом обследовании не показали объемной гексагональной решетчатой ​​структуры, а вместо этого обычный кубический алмаз, в котором преобладают структурные дефекты, включающие гексагональные последовательности. [12] Количественный анализ данных рентгеновской дифракции лонсдейлита показал, что присутствуют примерно равные количества гексагональных и кубических последовательностей укладки. Следовательно, было высказано предположение, что «укладка неупорядоченного алмаза» является наиболее точным структурным описанием лонсдейлита. [13] С другой стороны, недавние ударные эксперименты с рентгеновской дифракцией in situ демонстрируют убедительные доказательства создания относительно чистого лонсдейлита в динамических средах высокого давления, сопоставимых с ударами метеоритов. [14] [15]

Происшествие

Образцы алмазов из импактной структуры Попигай : (а) — чистый алмаз, (б) — алмаз с некоторыми примесями лонсдейлита.

Лонсдейлит встречается в виде микроскопических кристаллов, связанных с алмазом, в нескольких метеоритах: Canyon Diablo , [16] Kenna и Allan Hills 77283. Он также естественным образом встречается в россыпных месторождениях неболидных алмазов в Республике Саха . [17] Материал с d-расстояниями, соответствующими лонсдейлиту, был обнаружен в отложениях с крайне неопределенными датами в озере Куитцео , в штате Гуанахуато , Мексика, сторонниками спорной гипотезы удара позднего дриаса , [18] которая теперь опровергнута учеными-геологами и специалистами по планетарным ударам. [19] Заявления о лонсдейлите и других наноалмазах в слое ледяного щита Гренландии, которые могли бы иметь возраст позднего дриаса, не были подтверждены и теперь оспариваются. [20] Его присутствие в местных торфяных отложениях утверждается как доказательство того, что Тунгусское событие было вызвано метеоритом, а не кометным фрагментом. [21] [22]

Производство

Помимо лабораторного синтеза путем сжатия и нагрева графита либо в статическом прессе, либо с использованием взрывчатых веществ, [8] [9] лонсдейлит также был получен методом химического осаждения из паровой фазы , [23] [24] [25] а также путем термического разложения полимера поли(гидридокарбина) при атмосферном давлении, в атмосфере аргона, при температуре 1000 °C (1832 °F). [26] [27]

В 2020 году исследователи из Австралийского национального университета случайно обнаружили, что им удалось получить лонсдейлит при комнатной температуре с использованием ячейки с алмазной наковальней . [28] [29]

В 2021 году Институт физики удара Университета штата Вашингтон опубликовал статью, в которой говорилось, что они создали кристаллы лонсдейлита, достаточно большие, чтобы измерить их жесткость, подтвердив, что они жестче обычных кубических алмазов. Однако взрыв, используемый для создания этих кристаллов, также разрушает их наносекундами позже, что дает достаточно времени для измерения жесткости с помощью лазеров. [30]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Warr, LN (2021). «Утвержденные символы минералов IMA–CNMNC». Mineralogic Magazine . 85 (3): 291–320. Bibcode : 2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ "Лонсдейлит". Mindat.org .
  3. ^ "Lonsdaleite" (PDF) . Справочник по минералогии – через Университет Аризоны , Геологический факультет.
  4. ^ "Данные по Лонсдейлиту". Webmineral .
  5. ^ Frondel, C.; Marvin, UB (1967). «Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond». Nature . 214 (5088): 587–589. Bibcode :1967Natur.214..587F. doi :10.1038/214587a0. S2CID  4184812.
  6. ^ Frondel, C.; Marvin, UB (1967). "Lonsdaleite, a hexagonal polymorph of diamond". American Mineralogist . 52 (5088): 587. Bibcode : 1967Natur.214..587F. doi : 10.1038/214587a0. S2CID  4184812.
  7. ^ Карломаньо, GM; Бреббиа, CA (2011). Вычислительные методы и экспериментальные измерения . Том XV. WIT Press. ISBN 978-1-84564-540-3.
  8. ^ ab Банди, Ф. П.; Каспер, Дж. С. (1967). «Гексагональный алмаз — новая форма углерода». Журнал химической физики . 46 (9): 3437. Bibcode : 1967JChPh..46.3437B. doi : 10.1063/1.1841236.
  9. ^ ab He, Hongliang; Sekine, T.; Kobayashi, T. (2002). «Прямое преобразование кубического алмаза в гексагональный алмаз». Applied Physics Letters . 81 (4): 610. Bibcode : 2002ApPhL..81..610H. doi : 10.1063/1.1495078.
  10. ^ Абдулсаттар, М. (2015). «Молекулярный подход к гексагональным и кубическим алмазным нанокристаллам». Carbon Letters . 16 (3): 192–197. doi : 10.5714/CL.2015.16.3.192 .
  11. ^ Пан, Цзычэн; Сан, Хун; Чжан, И и Чэнь, Чанфэн (2009). «Твёрже алмаза: превосходная прочность на вдавливание вюрцита BN и лонсдейлита». Physical Review Letters . 102 (5): 055503. Bibcode : 2009PhRvL.102e5503P. doi : 10.1103/PhysRevLett.102.055503. PMID  19257519.
    • Лиза Зайга (12 февраля 2009 г.). «Ученые обнаружили материал тверже алмаза». Phys.org .
  12. ^ Nemeth, P.; Garvie, LAJ; Aoki, T.; Natalia, D.; Dubrovinsky, L.; Buseck, PR (2014). «Лонсдейлит — это разломанный и двойниковый кубический алмаз, не существующий как дискретный материал». Nature Communications . 5 : 5447. Bibcode :2014NatCo...5.5447N. doi : 10.1038/ncomms6447 . hdl : 2286/RI28362 . PMID  25410324.
  13. ^ Salzmann, CG; Murray, BJ; Shephard, JJ (2015). «Степень беспорядка укладки в алмазе». Diamond and Related Materials . 59 : 69–72. arXiv : 1505.02561 . Bibcode : 2015DRM....59...69S. doi : 10.1016/j.diamond.2015.09.007. S2CID  53416525.
  14. ^ Kraus, D.; Ravasio, A.; Gauthier, M.; Gericke, DO; Vorberger, J.; Frydrych, S.; Helfrich, J.; Fletcher, LB; Schaumann, G.; Nagler, B.; Barbrel, B.; Bachmann, B.; Gamboa, EJ; Goede, S.; Granados, E.; Gregori, G.; Lee, HJ; Neumayer, P.; Schumaker, W.; Doeppner, T.; Falcone, RW; Glenzer, SH; Roth, M. (2016). "Наносекундное образование алмаза и лонсдейлита ударным сжатием графита". Nature Communications . 7 : 10970. Bibcode : 2016NatCo...710970K. doi : 10.1038/ncomms10970. PMC 4793081. PMID 26972122  . 
  15. ^ Turneaure, Stefan J.; Sharma, Surinder M.; Volz, Travis J.; Winey, JM; Gupta, Yogendra M. (1 октября 2017 г.). «Преобразование ударно-сжатого графита в гексагональный алмаз за наносекунды». Science Advances . 3 (10): eaao3561. Bibcode :2017SciA....3O3561T. doi :10.1126/sciadv.aao3561. ISSN  2375-2548. PMC 5659656 . PMID  29098183. 
  16. ^ Ли, Роберт (12 сентября 2022 г.). «Столкновение карликовой планеты могло отправить на Землю странные сверхтвердые алмазы». Space.com . Получено 13 сентября 2022 г.
  17. ^ Каминский, Ф.В.; Г.К. Блинова; Э.М. Галимов; Г.А. Гуркина; Ю.А. Клюев; Л.А. Кодина; В.И. Коптил; В.Ф. Кривонос; Л. Н. Фролова; А.Ю. Хренов (1985). «Поликристаллические агрегаты алмаза с лонсдейлитом из россыпей Якутии [Сахана]». Минерал. Журнал . 7 : 27–36.
  18. ^ Исраде-Алкантара, И.; Бишофф, Дж. Л.; Домингес-Васкес, Г.; Ли, Х.-К.; Декарли, П. С.; Банч, ТЕ; и др. (2012). «Доказательства из центральной Мексики, подтверждающие гипотезу внеземного воздействия раннего дриаса». Труды Национальной академии наук . 109 (13): E:738–747. Bibcode : 2012PNAS..109E.738I. doi : 10.1073/pnas.1110614109 . PMC 3324006. PMID  22392980 .  
  19. ^ Холлидей, Вэнс Т.; Долтон, Тайрон Л.; Бартлейн, Патрик Дж.; Бослоу, Марк Б.; Бреславски, Райан П.; Фишер, Эбигейл Э.; Йоргесон, Ян А.; Скотт, Эндрю К.; Кёберл, Кристиан; Марлон, Дженнифер; Северингхаус, Джеффри; Петаев, Михаил И.; Клэйс, Филипп (26 июля 2023 г.). «Комплексное опровержение гипотезы удара раннего дриаса (YDIH)». Earth-Science Reviews : 104502. doi : 10.1016/j.earscirev.2023.104502 .
  20. ^ Курбатов, Андрей В.; Маевский, Пол А.; Стеффенсен, Йорген П.; Уэст, Аллен; Кеннетт, Дуглас Дж.; Кеннетт, Джеймс П.; Банч, Тед Э.; Хэндли, Майк; Интрон, Дуглас С.; Хи, Шейн С. Кью; Мерсер, Кристофер; Селлерс, Мэрили; Шен, Фэн; Снид, Шарон Б.; Уивер, Джеймс К.; Виттке, Джеймс Х.; Стаффорд, Томас У.; Донован, Джон Дж.; Кси, Суцзин; Разинк, Джошуа Дж.; Стич, Адриенна; Кинзи, Чарльз Р.; Вольбах, Венди С. (20 сентября 2022 г.). «Обнаружение слоя, богатого наноалмазами, в ледяном щите Гренландии». PubPeer . Получено 28 сентября 2022 г. .
  21. ^ Квасныця, Виктор; Вирт; Добржинецкая; Матцель; Якобсенд; Хатчеон; Тапперо; Ковалюх (август 2013 г.). «Новые доказательства метеоритного происхождения Тунгусского космического тела». Планетная и космическая наука . 84 : 131–140. Bibcode :2013P&SS...84..131K. doi :10.1016/j.pss.2013.05.003.
  22. ^ Редферн, Саймон (28 июня 2013 г.). «Ударная волна от российского метеорита дважды обогнула земной шар». BBC News . British Broadcasting Corporation . Получено 28 июня 2013 г.
  23. ^ Бхаргава, Санджай; Бист, HD; Сахли, S.; Аслам, M.; Трипати, HB (1995). «Политипы алмазов в алмазных пленках, осажденных химическим паром». Applied Physics Letters . 67 (12): 1706. Bibcode : 1995ApPhL..67.1706B. doi : 10.1063/1.115023.
  24. ^ Нишитани-Гамо, Микка; Сакагучи, Исао; Лох, Киан Пинг; Канда, Хисао; Андо, Тосихиро (1998). «Конфокальное рамановское спектроскопическое наблюдение гексагонального образования алмаза из растворенного углерода в никеле в условиях химического осаждения из паровой фазы». Applied Physics Letters . 73 (6): 765. Bibcode : 1998ApPhL..73..765N. doi : 10.1063/1.121994.
  25. ^ Мисра, Абха; Тьяги, Паван К.; Ядав, Браджеш С.; Рай, П.; Мисра, Д.С.; Панчоли, Вивек; Самайдар, И.Д. (2006). «Гексагональный синтез алмаза на напряженных пленках h-GaN». Applied Physics Letters . 89 (7): 071911. Bibcode : 2006ApPhL..89g1911M. doi : 10.1063/1.2218043.
  26. ^ Нур, Юсуф; Питчер, Майкл; Сейидоглу, Семих; Топпаре, Левент (2008). «Легкий синтез поли(гидридокарбина): предшественника алмаза и алмазоподобной керамики». Журнал макромолекулярной науки, часть A. 45 ( 5): 358. doi :10.1080/10601320801946108. S2CID  93635541.
  27. ^ Нур, Юсуф; Ченгиз, Халиме М.; Питчер, Майкл В.; Топпаре, Левент К. (2009). «Электрохимическая полимеризация гексахлорэтана для образования поли(гидридокарбина): прекерамического полимера для производства алмазов». Журнал материаловедения . 44 (11): 2774. Bibcode : 2009JMatS..44.2774N. doi : 10.1007/s10853-009-3364-4. S2CID  97604277.
  28. ^ Лаварс, Ник (18 ноября 2020 г.). «Ученые производят редкие алмазы за считанные минуты при комнатной температуре». Новый Атлас . Получено 12 февраля 2021 г.
  29. ^ Маккалок, Дугал Г.; Вонг, Шерман; Шилл, Томас Б.; Хаберл, Бьянка; Кук, Брентон А.; Хуан, Синшо; Бёлер, Рейнхард; Маккензи, Дэвид Р.; Брэдби, Джоди Э. (2020). «Исследование образования при комнатной температуре сверхтвёрдых наноуглеродов алмаза и лонсдейлита». Small . 16 (50): 2004695. doi :10.1002/smll.202004695. ISSN  1613-6829. OSTI  1709105. PMID  33150739. S2CID  226259491.
  30. ^ «Лабораторные гексагональные алмазы прочнее природных кубических алмазов». Phys.org . Март 2021 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки