Het team onder leiding van dr. Mingguang Yao paste 300.000 atmosfeer druk toe op grafiet en hoge temperaturen om de hexagonale structuur te vormen.
- Lonsdaleiet: zeshoekige diamantvorm, 40% harder dan gewone diamant.
- Gemaakt in het lab door Chinese wetenschappers na 50 jaar pogingen.
- Extreme druk: 30 GPa (~300.000 atmosfeer) op grafiet.
- Hoge temperatuur: tot 1.100°C om de structuur te stabiliseren.
- Recordgrootte: kristallen tot 1,2 mm.
- Potentieel in elektronica, industrieel snijden en hittebestendige coatings.
- Nog niet levensvatbaar voor productie op schaal, maar belooft duurzame toepassingen.
Een diamant met een structurele twist
Lonsdaleiet is een zeshoekige vorm van koolstof, een variant van conventionele diamant met superieure fysische eigenschappen. Het werd in 1967 ontdekt in meteorietpuin en wordt al tientallen jaren bestudeerd vanwege zijn theoretische hardheid, die zelfs superieur is aan die van traditioneel kubisch diamant.
Wat lonsdaleiet uniek maakt, is zijn zeshoekige kristalstructuur, in tegenstelling tot de kubusstructuur van gewone diamant. Deze configuratie geeft het een verbeterde richtingssterkte, ideaal voor toepassingen die extreme tolerantie voor mechanische spanning vereisen.
Deze vorm van koolstof is vernoemd naar Dame Kathleen Lonsdale, een pionier op het gebied van kristallografie en betekent een cruciale doorbraak in het ontwerp van ultrasterke materialen.
Van grafiet tot hexagonale diamant
Het team onder leiding van dr. Mingguang Yao van de Jilin-universiteit slaagde erin lonsdaleiet te synthetiseren door grafiet te onderwerpen aan een druk van ongeveer 30 gigapascal (GPa), wat overeenkomt met meer dan 300.000 atmosfeer.
Tegelijkertijd pasten ze temperaturen tot 1100 graden Celsius toe, wat nodig is om de koolstofatomen te herschikken in de felbegeerde hexagonale structuur zonder ze te laten instorten in meer gebruikelijke fasen.
Dit proces vereist een nauwkeurige controle van druk, temperatuur en tijd, een onstabiel evenwicht dat, als het mislukt, de vorming van het materiaal volledig ruïneert.
Harder dan diamant
Tests wezen uit dat lonsdaleiet 40 procent harder is dan traditioneel diamant. Deze laatste is al de maatstaf voor snijgereedschappen, maar de nieuwe vorm belooft zijn mogelijkheden te overtreffen, vooral in omgevingen met hoge druk of hoge temperaturen.
In tegenstelling tot conventioneel diamant, dat zich vormt bij lagere druk, vereist lonsdaleiet zes keer extremere omstandigheden, waardoor het tot nu toe onmogelijk was om het op zichtbare schaal te synthetiseren.
Nuttige afmetingen voor de industrie
In dit onderzoek werd een ongekende prestatie geleverd: kristallen met een diameter tot 1,2 millimeter. Hoewel nog steeds klein voor veel industriële toepassingen, maakt hun grootte al praktische tests mogelijk buiten de microscopische omgeving.
Dit maakt de weg vrij voor industriële productie in de toekomst, iets wat tot een paar jaar geleden ondenkbaar was.
Belangrijke thermische stabiliteit
Een van de meest opmerkelijke eigenschappen is de thermische stabiliteit. In tegenstelling tot andere superharde materialen blijft lonsdaleiet stabiel bij extreme temperaturen, waardoor het een ideale kandidaat is voor elektronische of mechanische onderdelen die aan grote hitte worden blootgesteld.
Zonder nauwkeurige thermische controle tijdens de fabricage kan de structuur instorten. Wetenschappers onderzoeken daarom ook gecontroleerde thermische hellingen om een goede kristalgroei te garanderen.
Massaproductie? Nog niet
Lonsdaleietsynthese is nog niet haalbaar op industriële schaal. Het is een technische en economische uitdaging om de extreme omstandigheden van druk en temperatuur constant te reproduceren.
Het team werkt aan het vinden van chemische katalysatoren en additieven die de energiebehoefte van het proces verminderen. De sleutel is om de productie haalbaar te maken tegen redelijke kosten.
Inspiratie uit kosmische inslagen
In de natuur wordt lonsdaleiet gevormd door meteorietinslagen, waarbij in fracties van een seconde enorme druk en temperaturen worden opgewekt. Het is niet eenvoudig om deze omstandigheden in een laboratorium na te bootsen.
De mogelijkheid om dergelijke astronomische gebeurtenissen in een gecontroleerde omgeving na te bootsen, betekent echter een enorme stap voorwaarts in de materiaalkunde.
Toepassingen buiten juwelen
Dit nieuwe type diamant heeft veelbelovende toepassingen in sectoren zoals:
- Elektronica bij hoge temperaturen.
- Industriële snijgereedschappen.
- Ultraslijtvaste coatings.
- Mechanische onderdelen die onderhevig zijn aan extreme wrijving.
Op lange termijn zou het zelfs giftige of vervuilende materialen zoals asbest kunnen vervangen in sommige structurele toepassingen, dankzij zijn duurzaamheid en thermische stabiliteit.
Potentieel van deze technologie
Lonsdaleite heeft het potentieel om een belangrijke bouwsteen te worden voor technologische duurzaamheid. Zijn extreme hardheid en hittebestendigheid kunnen de levensduur van gereedschappen en onderdelen verlengen, waardoor er minder materiaal en energie nodig is voor de vervanging ervan.
- Het vermindert de afhankelijkheid van conflictmineralen, omdat het kan worden vervaardigd uit gewoon grafiet.
- Het zou vervuilende of kankerverwekkende coatings zoals asbest kunnen vervangen, vooral in industriële omgevingen.
- Het vermogen om bij hoge temperaturen te werken zonder af te breken maakt het ideaal voor turbines, reactoren of geconcentreerde zonnesystemen, waardoor de efficiëntie verbetert en het onderhoud afneemt.
Als de syntheseprocessen kunnen worden opgeschaald en geoptimaliseerd, zou lonsdaleiet een verandering teweeg kunnen brengen in de manier waarop we grondstoffen produceren en bewaren. Hoewel deze technologie nog in de kinderschoenen staat, heeft ze het potentieel om de overgang naar een schonere, efficiëntere en veerkrachtige industrie te versterken.
