Ilmuwan Cina telah berhasil mensintesis berlian heksagonal dengan ukuran 100 mikrometer

Setelah hampir sepuluh tahun penelitian berkelanjutan, tim peneliti internasional Beijing High Voltage Science Research Center dan Xi'an Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, telah membuat terobosan besar. Para peneliti telah berhasil mengubah prekursor kristal tunggal grafit berkualitas tinggi menjadi berlian heksagonal pada tingkat mikrometer, dan pencapaian ini diterbitkan dalam jurnal otoritatif internasional Nature pada tanggal 30.

 

Berlian heksagonal menunjukkan sifat mekanik yang sebanding dengan berlian kubik. Tidak seperti berlian kubik dengan hanya panjang ikatan karbon karbon tunggal, berlian heksagonal menunjukkan dua karakteristik distribusi panjang ikatan yang berbeda. Dilaporkan bahwa jarak interlayer secara signifikan dipersingkat, dan metode penumpukan atom karbon yang unik ini dapat secara efektif mengatasi kelemahan yang melekat pada geser pada permukaan penumpukan berlian kubik yang padat.

 

Sintesis berlian heksagonal selalu menjadi tantangan utama dalam komunitas ilmiah. Pada awal 1967, para ilmuwan Amerika pertama kali menemukan "berlian super" langka ini di kawah meteorit, yang menarik banyak perhatian karena struktur kristal heksagonalnya. Namun, kondisi pembentukan berlian heksagonal sangat ketat, dan sebelumnya mereka hanya bisa hidup berdampingan dengan meteorit di skala nano.

 

Tim peneliti secara inovatif merancang rencana eksperimental suhu tinggi dan bertekanan tinggi. Para ilmuwan telah melakukan penelitian in-situ tentang perubahan struktural grafit di bawah tekanan ultra-tinggi dan kondisi suhu tinggi menggunakan teknologi anvil berlian yang dipanaskan laser. Eksperimen telah menemukan bahwa grafit membentuk struktur tekanan tinggi "post graphite fase" dalam kisaran tekanan tinggi, dan kemudian berlian heksagonal berhasil diperoleh melalui pemanasan lokal.

 

Pada saat yang sama, tim peneliti menggabungkan simulasi teori dinamika molekuler skala besar untuk mengungkapkan peran penting dari konfigurasi penumpukan lapisan grafit dalam pembentukan struktur berlian heksagonal. Penemuan ini mengkonfirmasi jalur baru untuk grafit untuk membentuk berlian heksagonal melalui fase post grafit, membuka arah teknologi baru untuk persiapan bahan superhard.

 

Data eksperimental menunjukkan bahwa berlian heksagonal yang disintesis memiliki kekerasan hingga 155gpa, melebihi berlian alami lebih dari 40%. Dalam lingkungan vakum, stabilitas termal dapat mencapai 1100 derajat, yang secara signifikan lebih baik daripada kinerja 900 derajat nanodiamonds. Sifat fisik yang sangat baik ini membuat berlian heksagonal menunjukkan potensi besar dalam aplikasi industri.

 

Studi sistematis ini mengakhiri lebih dari 60 tahun kontroversi akademik mengenai keberadaan makroskopik berlian heksagonal. Hasil penelitian tidak hanya memberikan bukti kuat untuk keberadaan independen berlian heksagonal, tetapi juga meletakkan dasar yang kuat untuk pengembangannya sebagai generasi baru bahan fungsional berkinerja tinggi. Terobosan ini diharapkan dapat mendorong inovasi teknologi di bidang bahan superhard dan menyuntikkan dorongan baru ke dalam pengembangan industri terkait.

 

Apakah yangBerlian heksagonal?

Berlian heksagonal (HD), juga disebut Lonsdaleite, adalah allotrop karbon heksagonal di mana setiap atom karbon dihidridisasi sp³ dan terikat secara tetrahedral dengan empat tetangga, membentuk kerangka kerja kovalen tiga dimensi. Pertama kali diprediksi pada tahun 1962 dan diidentifikasi pada tahun 1967 dalam materi meteoritik dari Canyon Diablo (Arizona), dinamai sesuai dengan kristalografi Kathleen Lonsdale. Selama beberapa dekade hanya fragmen skala nano atau intergrowth yang tidak teratur yang tersedia, sehingga keberadaannya sebagai fase yang berbeda dan sifat intrinsiknya tetap kontroversial. Pada tahun 2025 sebuah tim yang dipimpin oleh Prof. Ho-Kwang (Dave) MAO di Pusat Sains Tekanan Tinggi & Teknologi Penelitian Lanjutan yang disintesis berukuran milimeter, lonsdaleite fase tunggal yang sangat dipesan dengan mengompresi dan memanaskan kristal grafit tunggal berkualitas tinggi di bawah tekanan quasi-hidrostatik yang terkontrol. Mikroskop elektron mengungkapkan konversi langsung grafit (1010) menjadi HD (0002) dan grafit (0002) menjadi HD (1010). Sampel yang dihasilkan hampir murni lonsdaleite dengan hanya cacat berlari-kubik dan menunjukkan kekerasan yang sedikit melebihi berlian kubik.

 

Apa bedanya Lonsdaleite dari berlian kubik?

Lonsdaleite (berlian heksagonal) berbeda dari berlian kubik dalam empat cara utama:

1 simetri kristal dan penumpukan
• Lonsdaleite: kisi heksagonal, ruang angkasa p6₃/mmc; Lapisan karbon yang terikat SP³ ditumpuk dalam urutan AB-ab di sepanjang sumbu C.
• Berlian kubik: kisi-kisi yang berpusat pada wajah, fD-3M-kelompok ruang; Lapisan mengikuti urutan ABC-ABC.

 

2 parameter kisi
• Lonsdaleite: A ≈ 2.51 Å, C ≈ 4.12 Å.
• Diamond kubik: A=3.5668 Å.

 

3 stabilitas dan energi
• Lonsdaleite adalah ~ 0,025 eV per atom lebih tinggi energi daripada berlian kubik, membuatnya metastabil.

 

4 sifat mekanik
• Teori dan sintesis kristal tunggal skala MM baru-baru ini menunjukkan lonsdaleite sedikit lebih sulit (resistensi indentasi ~ 152 GPa, 58 %

lebih keras pada bidang {0001} vs berlian {111}).
• Berlian kubik tetap menjadi patokan untuk kekerasan (MOHS 10) dan lebih mudah disintesis dalam bentuk curah.

 

Akibatnya, penumpukan heksagonal Lonsdaleite dan geometri ikatan yang sedikit lebih lama memberikan kekerasan teoretis yang lebih unggul sedikit, sementara berlian kubik menawarkan stabilitas termodinamika yang lebih besar dan kemudahan produksi.