Cientistas finalmente criaram um diamante de meteorito elusivo, que se prevê ser 50% mais duro do que os diamantes da Terra
Cientistas criaram o primeiro diamante de meteorito de tamanho considerável — também conhecido como lonsdaleíta ou diamante hexagonal — um material que se prevê ser ainda mais duro do que os diamantes normalmente encontrados na Terra.
A técnica de alta pressão e alta temperatura criou pequenos discos desse diamante ultraduro que podem, em última análise, substituir os diamantes convencionais em aplicações como ferramentas de perfuração e eletrônicos, relataram os cientistas em 30 de julho na revista Nature .
Os diamantes detêm o recorde de substância natural mais dura do mundo . Cada átomo de carbono na estrutura molecular infinitamente repetitiva forma quatro ligações de igual comprimento com outros átomos de carbono, cada uma separada por um ângulo de 109,5 graus, para criar uma série infinita de tetraedros perfeitos. Vista de lado, essa estrutura parece conter três camadas repetidas de átomos de carbono (rotuladas A, B e C), o que confere ao diamante o que os cristalógrafos chamam de estrutura cristalina cúbica de face centrada.
Na década de 1960, no entanto, uma estrutura sutilmente diferente do diamante foi proposta, com pequenos cristais impuros dessa estrutura posteriormente descobertos no meteorito Canyon Diablo, que caiu no deserto do Arizona há cerca de 50.000 anos.
Ao contrário do diamante cúbico, esta forma contém dois comprimentos de ligação diferentes — um ligeiramente maior do que no diamante normal e outro ligeiramente menor. Os átomos de carbono ainda estão organizados em planos infinitos de tetraedros. Mas, desta vez, quando vista de lado, a estrutura contém apenas duas camadas repetidas (denominadas A e B). Essa ligeira mudança nas camadas de carbono confere ao diamante de meteorito uma estrutura hexagonal, que os cientistas teorizam que deve aumentar a dureza do sólido em 58%.
Mas preparar amostras dessa estrutura hexagonal, grandes o suficiente para análise, tem sido um desafio. Além disso, a presença de outras formas contaminantes de carbono na amostra original do meteorito — incluindo grafite, diamante cúbico e carbono amorfo — levou muitos a duvidar da existência do diamante hexagonal.
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Inspirados pelo fragmento meteórico Canyon Diablo, Wenge Yang
e colegas do Centro de Pesquisa Avançada em Ciência e Tecnologia de
Alta Pressão, em Pequim, buscaram reproduzir as condições intensas de um
impacto com a Terra em laboratório, desenvolvendo uma síntese de alta
pressão e alta temperatura usando uma célula de bigorna de diamante, um
equipamento que comprime uma amostra entre duas superfícies achatadas
feitas de diamante. Partindo de outra forma de carbono, grafite
purificada, eles comprimiram lenta e cuidadosamente o material, fixando
os átomos deslocados no lugar com o calor direcionado de um laser.
"A pressões em torno de 20 GPa (200.000 atmosferas), as camadas planas de carbono da grafite são forçadas a deslizar e se unir às camadas adjacentes, formando um favo de mel de carbono curvado, característico do diamante hexagonal", disse Yang à Live Science por e-mail. "O aquecimento a laser acima de 1.400 °C facilita essa transição." Uma vez formados esses tetraedros distorcidos de diamante hexagonal, a equipe liberou lentamente a pressão, garantindo que o novo cristal não se transformasse espontaneamente em grafite.
A equipe então utilizou técnicas poderosas para visualizar a estrutura cristalina e confirmar sua conquista. Embora o disco cristalino permanecesse um tanto impuro, contendo fragmentos aleatórios de diamante cúbico, imagens de microscópio eletrônico mostraram claramente suas camadas de carbono AB, e a cristalografia de raios X revelou a estrutura hexagonal.
"É uma boa primeira demonstração", disse Soumen Mandal , físico especializado em aplicações de diamante na Universidade de Cardiff, no Reino Unido, que não participou do estudo. "Agora precisamos de cristais puros e mais material para começar a explorar suas propriedades físicas e mecânicas, térmicas, elétricas, tudo isso."
Os testes de dureza geralmente exigem amostras maiores do que as produzidas pela equipe de Yang, de acordo com o estudo. No entanto, eles confirmaram que o novo material era pelo menos tão resistente quanto diamantes comuns, e Yang espera que experimentos subsequentes com cristais maiores e mais puros em breve forneçam uma resposta concreta.
A equipe gostaria de ver o diamante hexagonal começar a substituir o diamante convencional em tecnologias industriais, como máquinas de precisão, eletrônicos de alto desempenho, tecnologias quânticas e sistemas de gerenciamento térmico, embora tais aplicações ainda possam levar 10 anos para serem concluídas.
"Olhando para o futuro, nosso objetivo é produzir amostras maiores e de alta qualidade de diamante hexagonal, adequadas para aplicações no mundo real", disse ele. "Esses esforços ajudarão a adaptar as propriedades do diamante hexagonal para aplicações específicas e abrirão caminho para sua adoção industrial."
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