Kübik elmas, Dünya’daki en sert mineral ve hassas kesim aletlerinden yüksek performanslı yarı iletkenlere, hatta pahalı mücevherlere kadar pek çok alanda kullanılır. Ancak “altıgen elmas” olarak bilinen ve potansiyel olarak daha da sert olabileceği düşünülen nadir bir elmas türü daha bulunuyor. Uzun yıllardır varlığı ve özellikleri tartışılan bu karbon formunun, Çinli araştırmacılar tarafından laboratuvarda üretildiği öne sürüldü.
Altıgen elmas (lonsdaleit olarak da bilinir) genellikle göktaşı çarpma bölgelerinde yer alır fakat doğada çok küçük miktarlarda ve farklı minerallerle karışık halde bulunduğu için bazı bilim insanları bunun gerçekten ayrı bir malzeme olup olmadığından emin değildi. Nature dergisinde yayınlanan yeni çalışmada Çinli araştırmacılar, yüksek basınç ve ısı uygulayarak saf altıgen elmastan oluşan büyükçe bir parça üretmeyi başardıklarını öne sürdü.
Yeni bir elmas türü
Araştırmacılar başlangıç malzemesi olarak “yüksek derecede yönlendirilmiş grafit” kullandı. Bu madde, sentetik grafitin saf ve düzenli şekli; kurşun kalemlerde bulunan grafite benzeyen ancak atomik yapısı çok daha düzenli bir karbon formu. Grafiti tungsten karbürden (eşit miktarda tungsten ve karbon atomu içeren kimyasal bileşik) yapılmış örslerin arasına yerleştiren bilim insanları, malzemeye 20 gigapaskal basınç uyguladı. Bu değer, Dünya atmosfer basıncının yaklaşık 200 bin katına denk geliyor. Deney sırasında sıcaklık ise 1300 ile 1900 °C arasında tutuldu.
Basınç, karbon tabakalarının yanlarından değil üstten uygulanarak grafitin c ekseni boyunca sıkıştırılması sağlandı. Araştırmacılara göre işlem sonucunda milimetre büyüklüğünde saf bir altıgen elmas parçası elde edildi.
Altıgen elmasın yapısı nasıl doğrulandı?
Bilim insanları gerçekten altıgen elmas üretip üretmediklerini doğrulamak için birkaç gelişmiş yöntem kullandıklarını ifade etti. Öncelikle X-ışını kırınımı tekniğinden yararlandılar. Bu yöntem, X ışınlarının atomlardan nasıl saçıldığını ölçerek atomların uzaydaki konumlarını haritalamaya yarıyor. Analiz sonuçları elde edilen örneğin yapısal olarak saf olduğunu gösterdi.
Ayrıca atomik çözünürlüklü elektron mikroskobu kullanılarak karbon atomlarının kendine özgü altıgen dizilimleri doğrudan görüntülendi.
Araştırmacılar daha sonra malzemenin mekanik özelliklerini ölçmek için Vickers sertlik testini uyguladı. Bu testte, elmas uçlu bir uç numuneye bastırılarak yüzeyin çizilmeye veya deformasyona karşı ne kadar dirençli olduğu ölçülür.
Sonuçlara göre yeni üretilen altıgen elmasın sertliği yaklaşık 114 gigapaskal olarak ölçüldü. Doğal elmasların sertliği genellikle 110 gigapaskal civarında. Bu da araştırmacıların doğal elmastan biraz daha sert bir madde üretmiş olabileceğini gösteriyor.
Makale yazarları, “Bulgular, altıgen elmasın ayrı bir karbon fazı olarak varlığına dair uzun süredir devam eden tartışmayı çözüyor ve grafitin elmasa dönüşüm sürecine dair yeni bilgiler sunuyor. Ayrıca altıgen elmasın gelişmiş teknolojik uygulamalarda kullanılmasının da önünü açabilir.” ifadesini kullandı.
Çalışmanın sonuçları doğrulanırsa, bu yeni malzeme kesme aletleri, aşındırıcı malzemeler ve yüksek performanslı elektronikler gibi pek çok alanda kullanılabilir.
Kaynak: Nature