Лонсдейлит (названный в честь Кэтлин Лонсдейл ), также называемый гексагональным алмазом из-за кристаллической структуры , представляет собой аллотроп углерода с гексагональной решеткой, в отличие от кубической решетки обычного алмаза . В природе встречается в обломках метеоритов ; когда метеоры, содержащие графит, ударяются о Землю, сильное тепло и напряжение от удара превращают графит в алмаз , но сохраняют гексагональную кристаллическую решетку графита . Лонсдейлит был впервые обнаружен в 1967 году из метеорита Каньон Диабло., где он встречается в виде микроскопических кристаллов, связанных с обычным алмазом. [4] [5]
Лонсдейлит | |
---|---|
Общий | |
Категория | Минеральная |
Формула (повторяющаяся единица) | C |
Классификация Струнца | 1.CB.10b |
Кристаллическая система | Шестиугольный |
Кристалл класс | Дигексагональный дипирамидальный (6 / ммм) символ HM : (6 / м 2 / м 2 / м) |
Космическая группа | P 6 3 / mmc |
Ячейка | а = 2,51 Å, с = 4,12 Å; Z = 4 |
Состав | |
Джмол (3D) | Интерактивное изображение |
Идентификация | |
Цвет | Серый в кристаллах, от бледно-желтоватого до коричневого в осколках |
Хрустальная привычка | Кубики в мелкозернистых заполнителях |
Твердость по шкале Мооса | 7–8 (для нечистых образцов) |
Блеск | Адамантин |
Прозрачность | Прозрачный |
Удельный вес | 3,2 |
Оптические свойства | Одноосный (+/-) |
Показатель преломления | n = 2,404 |
Рекомендации | [1] [2] [3] |
Он полупрозрачный, коричневато-желтый, имеет показатель преломления 2,40–2,41 и удельный вес 3,2–3,3. Согласно компьютерным расчетам, его твердость теоретически превосходит твердость кубического алмаза (на 58% больше), но природные образцы демонстрируют несколько более низкую твердость в большом диапазоне значений (от 7–8 по шкале твердости Мооса ). Предполагается, что причина заключается в том, что образцы были пронизаны дефектами решетки и примесями. [6]
Помимо месторождений метероита, гексагональный алмаз был синтезирован в лаборатории (1966 г. или ранее; опубликовано в 1967 г.) [7] путем сжатия и нагрева графита либо в статическом прессе, либо с использованием взрывчатых веществ. [8]
Твердость
В соответствии с традиционной интерпретацией результатов изучения образцов скудных , собранные из метеоритов или произведенных в лаборатории, лонсдейлит имеет гексагональную элементарную ячейку , связанную с алмазом элементарной ячейки таким же образом , что гексагональные и кубические плотноупакованной кристаллические системы связаны . Его алмазную структуру можно рассматривать как состоящую из взаимосвязанных колец из шести атомов углерода в конформации кресло . В лонсдейлите вместо этого некоторые кольца находятся в конформации «лодочка» . В наномасштабе кубический алмаз представлен алмазоидами, а гексагональный алмаз представлен вюрцоидами . [9]
В алмазе все связи углерод-углерод, как в слое колец, так и между ними, находятся в шахматной конформации , что делает все четыре кубически-диагональных направления эквивалентными; тогда как в лонсдейлите связи между слоями находятся в закрытой конформации , которая определяет ось гексагональной симметрии.
Минералогическое моделирование предсказывает, что лонсдейлит на 58% тверже алмаза на грани <100> и выдерживает давление вдавливания в 152 ГПа , тогда как алмаз разрушается при 97 ГПа. [10] Это еще превышен IIa алмаза «с <111> Кончик твердость 162 ГПа.
Экстраполированные свойства лонсдейлита были подвергнуты сомнению, особенно его превосходная твердость, поскольку образцы при кристаллографическом контроле показали не объемную структуру гексагональной решетки, а вместо этого обычный кубический алмаз с преобладанием структурных дефектов, включающих гексагональные последовательности. [11] Количественный анализ данных дифракции рентгеновских лучей лонсдейлита показал, что присутствуют примерно равные количества гексагональных и кубических последовательностей укладки. Следовательно, было высказано предположение, что «наложение неупорядоченного алмаза» является наиболее точным структурным описанием лонсдейлита. [12] С другой стороны, недавние эксперименты с ударными на месте дифракции рентгеновских лучей показывают убедительные доказательства для создания относительно чистого лонсдейлита в динамических условиях высокого давления , сравнимых с метеоритами. [13] [14]
Вхождение
Лонсдейлит встречается в виде микроскопических кристаллов, связанных с алмазом, в нескольких метеоритах: Canyon Diablo , Kenna и Allan Hills 77283 . Он также встречается в естественных условиях в неболидных россыпных месторождениях алмазов в Республике Саха . [15] Сторонники спорной гипотезы о влиянии позднего дриаса обнаружили в отложениях с очень неопределенными датами на озере Куитцео , в штате Гуанахуато , Мексика, материал с d-расстоянием, совместимым с лонсдейлитом . [16] Его присутствие в местных торфяных залежах считается доказательством того, что Тунгусское событие было вызвано метеоритом, а не осколком кометы. [17] [18]
Производство
В дополнение к лабораторному синтезу путем сжатия и нагрева графита либо в статическом прессе, либо с использованием взрывчатых веществ, [7] [8] лонсдейлит также был произведен путем химического осаждения из паровой фазы , [19] [20] [21], а также путем термического разложения. полимера, поли (гидридокарбина) , при атмосферном давлении, в атмосфере аргона, при 1000 ° C (1832 ° F). [22] [23]
В 2020 году исследователи из Австралийского национального университета случайно обнаружили, что они могут производить лонсдейлит при комнатной температуре с использованием ячейки с алмазной наковальней . [24] [25]
В 2021 году Институт физики ударов Университета штата Вашингтон опубликовал статью, в которой говорилось, что они создали кристаллы лонсдейлита, достаточно большие, чтобы измерить их жесткость, и подтвердили, что они жестче обычных кубических алмазов. [26]
Смотрите также
- Агрегированный алмазный наностержень - нанокристаллическая форма алмаза
- Глоссарий метеоритики - глоссарий Википедии
- Список минералов - список минералов, о которых есть статьи в Википедии.
- Список минералов, названных в честь людей - статья со списком в Википедии
Рекомендации
- ^ "Лонсдейлит" . Mindat.org .
- ^ «Лонсдейлит» (PDF) . Справочник по минералогии - через факультет геологии Университета Аризоны .
- ^ «Данные лонсдейлита» . Webmineral .
- ^ Frondel, C .; Марвин, УБ (1967). «Лонсдейлит, новый гексагональный полиморф алмаза». Природа . 214 (5088): 587–589. Bibcode : 1967Natur.214..587F . DOI : 10.1038 / 214587a0 . S2CID 4184812 .
- ^ Frondel, C .; Марвин, УБ (1967). «Лонсдейлит, гексагональный полиморф алмаза». Американский минералог . 52 .
- ^ Карломаньо, GM; Бреббия, Калифорния (2011). Вычислительные методы и экспериментальные измерения . XV . WIT Нажмите. ISBN 978-1-84564-540-3.
- ^ а б Банди, ФП; Каспер, JS (1967). «Шестиугольный алмаз - новая форма углерода». Журнал химической физики . 46 (9): 3437. Bibcode : 1967JChPh..46.3437B . DOI : 10.1063 / 1.1841236 .
- ^ а б Он, Хунлян; Секин, Т .; Кобаяши, Т. (2002). «Прямое преобразование кубического алмаза в гексагональный алмаз». Письма по прикладной физике . 81 (4): 610. Bibcode : 2002ApPhL..81..610H . DOI : 10.1063 / 1.1495078 .
- ^ Абдулсаттар, М. (2015). «Молекулярный подход к гексагональным и кубическим нанокристаллам алмаза». Углеродные буквы . 16 (3): 192–197.
- ^ Пан, Цзычэн; Sun, Hong; Чжан, И и Чен, Чанфэн (2009). «Тверже алмаза: превосходная прочность на вдавливание вюрцита BN и лонсдейлита». Письма с физическим обзором . 102 (5): 055503. Bibcode : 2009PhRvL.102e5503P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.055503 . PMID 19257519 . Краткое содержание - Physorg.com (12 февраля 2009 г.).
- ^ Nemeth, P .; Гарви, Лос-Анджелес; Aoki, T .; Наталья, Д .; Дубровинский, Л .; Бусек, PR (2014). «Лонсдейлит представляет собой дефектный и двойниковый кубический алмаз и не существует как отдельный материал» . Nature Communications . 5 : 5447. Bibcode : 2014NatCo ... 5.5447N . DOI : 10.1038 / ncomms6447 . PMID 25410324 .
- ^ Зальцманн, CG; Мюррей, Би Джей; Шепард, Джей Джей (2015). «Степень беспорядка укладки в алмазе» . Алмазы и сопутствующие материалы . 59 : 69–72. arXiv : 1505.02561 . Bibcode : 2015DRM .... 59 ... 69S . DOI : 10.1016 / j.diamond.2015.09.007 . S2CID 53416525 .
- ^ Kraus, D .; Ravasio, A .; Gauthier, M .; Герике, Д.О.; Vorberger, J .; Frydrych, S .; Helfrich, J .; Флетчер, LB; Schaumann, G .; Nagler, B .; Barbrel, B .; Bachmann, B .; Gamboa, EJ; Goede, S .; Granados, E .; Грегори, G .; Ли, HJ; Neumayer, P .; Schumaker, W .; Доппнер, Т .; Фальконе, RW; Glenzer, SH; Рот, М. (2016). «Наносекундное образование алмаза и лонсдейлита ударным сжатием графита» . Nature Communications . 7 : 10970. Bibcode : 2016NatCo ... 710970K . DOI : 10.1038 / ncomms10970 . PMC 4793081 . PMID 26972122 .
- ^ Turneaure, Stefan J .; Sharma, Surinder M .; Волц, Трэвис Дж .; Вайни, Дж. М.; Гупта, Йогендра М. (1 октября 2017 г.). «Превращение ударно-сжатого графита в гексагональный алмаз за наносекунды» . Наука продвигается . 3 (10): eaao3561. DOI : 10.1126 / sciadv.aao3561 . ISSN 2375-2548 . PMC 5659656 . PMID 29098183 .
- ^ Каминский Ф.В. Г.К. Блинова; Е.М. Галимов; Г.А. Гуркина; Ю.А. Клюев; Л.А. Кодина; В.И. Коптиль; В.Ф. Кривонос; Л.Н. Фролова; А.Ю. Хренов (1985). «Поликристаллические агрегаты алмаза с лонсдейлитом из якутских [саханских] россыпей». Минеральная. Журнал . 7 : 27–36.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Israde-Alcantara, I .; Бишофф, JL; Dominguez-Vazquez, G .; Li, H.-C .; Декарли П.С.; Букет, TE; и другие. (2012). «Свидетельства из центральной Мексики, подтверждающие гипотезу о столкновении с инопланетянами позднего дриаса» (PDF) . Труды Национальной академии наук . 109 (13): E: 738–747. Bibcode : 2012PNAS..109E.738I . DOI : 10.1073 / pnas.1110614109 . PMC 3324006 . PMID 22392980 . Архивировано 5 мая 2012 года из оригинального (PDF) .
- ^ Квасница, Виктор; Вирт; Добржинецкая; Мацель; Якобсенд; Хатчон; Тапперо; Ковалюха (август 2013 г.). «Новое свидетельство метеоритного происхождения Тунгусского космического тела» . Планетарная и космическая наука . 84 : 131–140. Bibcode : 2013P & SS ... 84..131K . DOI : 10.1016 / j.pss.2013.05.003 .
- ^ Редферн, Саймон. «Ударная волна российского метеора дважды облетела земной шар» . BBC News . Британская радиовещательная корпорация . Проверено 28 июня 2013 года .
- ^ Бхаргава, Санджай; Бист, HD; Sahli, S .; Аслам, М .; Трипати, HB (1995). «Политипы алмаза в алмазных пленках, осажденных из газовой фазы». Письма по прикладной физике . 67 (12): 1706. Bibcode : 1995ApPhL..67.1706B . DOI : 10.1063 / 1.115023 .
- ^ Нишитани-Гамо, Микка; Сакагути, Исао; Ло, Киан Пинг; Канда, Хисао; Андо, Тошихиро (1998). «Конфокальное рамановское спектроскопическое наблюдение образования гексагонального алмаза из растворенного углерода в никеле в условиях химического осаждения из паровой фазы». Письма по прикладной физике . 73 (6): 765. Bibcode : 1998ApPhL..73..765N . DOI : 10.1063 / 1.121994 .
- ^ Мишра, Абха; Tyagi, Pawan K .; Yadav, Brajesh S .; Rai, P .; Misra, DS; Панчоли, Вивек; Самадждар, ID (2006). «Синтез гексагонального алмаза на напряженных пленках h-GaN». Письма по прикладной физике . 89 (7): 071911. Bibcode : 2006ApPhL..89g1911M . DOI : 10.1063 / 1.2218043 .
- ^ Нур Юсуф; Питчер, Майкл; Сейидоглу, Семих; Toppare, Левент (2008). «Легкий синтез поли (гидридокарбина): предшественник алмаза и алмазоподобной керамики». Журнал высокомолекулярных науки, часть A . 45 (5): 358. DOI : 10,1080 / 10601320801946108 . S2CID 93635541 .
- ^ Нур Юсуф; Cengiz, Halime M .; Питчер, Майкл В .; Топпэр, Левент К. (2009). «Электрохимическая полимеризация гексахлорэтана с образованием поли (гидридокарбина): пре-керамический полимер для производства алмазов». Журнал материаловедения . 44 (11): 2774. Bibcode : 2009JMatS..44.2774N . DOI : 10.1007 / s10853-009-3364-4 . S2CID 97604277 .
- ^ Лаварс, Ник (18 ноября 2020 г.). «Ученые производят редкие алмазы за считанные минуты при комнатной температуре» . Новый Атлас . Проверено 12 февраля 2021 года .
- ^ McCulloch, Dougal G .; Вонг, Шерман; Шиелл, Томас Б .; Хаберл, Бьянка; Кук, Брентон А .; Хуанг, Синшо; Бёлер, Рейнхард; Маккензи, Дэвид Р .; Брэдби, Джоди Э. (2020). «Исследование образования при комнатной температуре сверхтвердых наноуглеродов алмаза и лонсдейлита» . Маленький . 16 (50): 2004695. DOI : 10.1002 / smll.202004695 . ISSN 1613-6829 .
- ^ «Лаборатория сделала шестиугольные бриллианты более жесткими, чем природные кубические алмазы» . Phys.org . Март 2021 г.
дальнейшее чтение
- Энтони, JW (1995). Минералогия Аризоны (3-е изд.). Тусон, Аризона: Университет Аризоны Press . ISBN 0-8165-1579-4.
Внешние ссылки
- «Лонсдейлит» . Mindat.org . Источник +13 March 2005 .
- «Лонсдейлит» . Webmineral . Источник +13 March 2 005 .
- «Гексагональная структура алмаза (лонсдейлита)» . Отдел материаловедения и технологий. Лаборатория военно-морских исследований . Архивировано из оригинального 20 апреля 2006 года . Проверено 14 мая 2006 года .
- Григгс, Джессика (16 февраля 2009 г.). «Алмаз больше не самый твердый материал в природе» . Новый ученый . Дата обращения 9 мая 2021 .
- «Лонсдалейте 3D анимацию» . Архивировано из оригинального 19 июля 2011 года.