激烈的竞争：实验室制造的六角形钻石比天然立方体的钻石更硬

大自然最坚硬的材料现在面临着激烈的竞争。研究人员首次有确凿的证据表明，人造六角形钻石比自然界发现并经常用在珠宝中的普通立方钻石坚硬。

六角形钻石以六面晶体结构命名，在一些陨石撞击部位发现了六边形钻石，而在实验室中短暂地制作了六边形钻石，但这些钻石太小或太短而无法测量。

现在，华盛顿州立大学冲击物理研究所的科学家创造了六角形的菱形钻石，其尺寸足以使用声波测量其刚度。他们的发现在 Physical Review B

“金刚石是一种非常独特的材料，”冲击物理研究所所长，该研究的通讯作者约根德拉·古普塔（Yogendra Gupta）说。“它不仅强度最高，而且具有出色的光学性能和很高的导热率。现在，我们已经制作了在冲击压缩实验下生产的六角形钻石，它比普通的宝石钻石坚硬得多。”

长期以来，研究人员一直希望创造一种比天然钻石更坚固的材料，这种材料在工业上可以有多种用途。虽然许多人认为六角形钻石会更坚固，但WSU的研究提供了第一个实验证明。

主要作者特拉维斯·沃尔兹（Travis Volz）现在是劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的博士后研究员。在这项研究中，Volz和Gupta使用火药和压缩气体以每小时约15,000英里的速度将小到一角钱大小的石墨圆盘推进到透明材料上。撞击在磁盘上产生了冲击波，并很快将其转换为六角形菱形。

撞击后，研究人员立即产生一小声波，并使用激光测量其在钻石中的运动。声音通过较硬的材料移动得更快。以前，声音在立方钻石中的移动速度最快；在实验室创建的六角形钻石中，移动速度更快。

每个过程发生在数十亿分之一秒或十亿分之一秒的时间内，但是研究人员能够在高速撞击破坏钻石之前进行刚度测量。

刚度是材料在力或压力下抵抗变形的能力，例如，岩石比橡胶更硬，因为橡胶在受压时会弯曲。硬度是耐刮擦或其他表面变形的能力。

Volz说，一般来说，较硬的材料也较硬。尽管研究人员无法通过划伤钻石来直接测试硬度，但可以通过测量钻石的硬度来推断其硬度。

如果科学发展到可以制造和回收实验室制造的六边形钻石的地步，它们将有广泛的用途。

“硬质材料对于提高加工能力很有用，” Volz说。“例如，金刚石在钻头中已使用了很长时间。由于我们发现六角形金刚石可能比立方金刚石硬，因此它可能是机加工，钻孔或使用立方金刚石的任何类型应用的上乘替代品。”

古普塔表示，虽然工业优势显而易见，但仍有一天可能会在订婚戒指上使用六角形钻石。目前，与天然钻石相比，实验室制造的立方钻石的价值更低，但是六角形钻石可能会更新颖。

古普塔说：“如果有一天我们能够生产和抛光它们，我认为它们比立方钻石更受欢迎。”“如果有人对你说，‘看，我要给你选择两种钻石：一种比另一种稀有得多。”你会选哪一个？

参考：Travis J. Volz和Y. M. Gupta在冲击压缩下形成的六角形钻石和立方钻石的弹性模量，2021年3月8日， Physical Review B
。10.1103 / PhysRevB.103.L100101