「ダイヤモンドは女の子の親友だ」とマリリン・モンローはかつてハリウッド映画「ブロンドがお好み」の中で言いました。世界的に有名なアメリカの女優兼歌手は、女性だけでなく、何百万もの他の人々とこの好みを共有しました。それには正当な理由があります。貴石は太古の昔から特別な宝飾品と考えられており、インドで最初の天然標本が発見された紀元前 4 千年頃から知られていました。しかし、ありふれた炭素だけから作られるダイヤモンドには、その美しさだけではない魅力があります。物理学者や材料研究者は、この結晶鉱物を特に用途の広い材料として、そして何よりも世界で最も硬い材料として高く評価しています。
最近まで、さらに硬い物質が存在する可能性があるという兆候はありませんでした。しかし今回、バイロイト大学バイエルン地質研究所（BGI）の地質学者ナタリア・ドゥブロビンスカヤ氏とレオニード・ドゥブロビンスキー氏、そして現在イエナ大学で研究を行っているファルコ・ランゲンホルスト氏は、従来よりもさらに大きな圧縮弾性率を持つ材料を製造することに成功した。天然ダイヤモンド。圧縮弾性率は、材料研究者が物質の強度の尺度として使用する物理量です。この新素材は、無数のダイヤモンドナノロッドを焼き合わせた、いわゆる集合ダイヤモンドナノロッド（ADNR）という驚異的な構造により、極めて高い強度を実現しています。
この珍しい材料を製造する際、科学者たちはカーボン チューブとカーボン ロッドに基づいて研究を進めました。これらはわずか数ナノメートル (100 万分の 1 ミリメートル) の薄さで、非常に優れた機械的特性を備えているため、すでにナノテクノロジーで重要な役割を果たしています。破壊強度と圧縮靭性が高いもの。研究者らは数年間、通常のナノ分子の生成を十分に制御しており、1992年には数グラムの量の炭素から安定なナノチューブとナノロッドを生成することに初めて成功した。
しかし、ダイヤモンドナノロッドはまだ存在していません。これらを製造できるようにするために、バイロイトの科学者たちは特別なプレス機を使用しました。彼らが作成したナノロッドが安定していることを確認するために、彼らは過酷な実験条件を選択した。彼らは、籠状のフラーレン分子（それぞれ60個の炭素原子でできた小さなサッカーの形をしたクラスター）を、いわゆる高圧で24ギガパスカルの圧力にさらした。スタンプセル。これは、地表の気圧の 240,000 倍に相当します。次に、フラーレンを摂氏約 2200 度まで加熱しました。そうすることで、材料研究者たちは、地球内部、上部マントルと下部マントルの境界に存在する極限状態を模倣しました。
このように虐待されると、最初は粉末状の物質が非常に硬い物質に変化した。科学者らは細長い小さな結晶を入手した。その結晶はそれぞれの厚さが約5～20ナノメートルだが、最大で1000ナノメートル、つまり1マイクロメートルを超え、部分的に互いに絡み合っている。フランスのグルノーブルにある欧州シンクロトロン放射源（ESRF）では、ウィルソン・クライトン率いる研究チームが、強力なX線光を使用して新素材を分析した。結果: ADNR は従来のダイヤモンドよりも数十分の 1 パーセント密度が高く、知られている中で最も密度の高い炭素の形態となります。ベルリン近郊のヴィルダウ工科大学の科学者は、この新素材の機械的特性を検査しました。その圧縮弾性率は 491 ギガパスカルで、天然ダイヤモンドの 442 ギガパスカルよりも大幅に高かったです。比較のために、鋼鉄は 160 ギガパスカルしかありません。したがって、高圧プレスの締め付けにより 11 パーセント収縮することになります。一方、ダイヤモンド ナノロッドの体積は 4% しか減少しません。
バイロイトの材料研究者3人は、耐摩耗性と超硬質ナノ材料の合成プロセスについて、すでに特許を申請している。 「現在、私たちは産業規模で当社のテクノロジーを使用できるパートナーを探しています」とナタリア・ドゥブロビンスカヤ氏は言います。新しい材料は幅広い用途を提供するため、これが起こる可能性は十分にあります。
超硬質ビルディングブロックは、例えば極小集積電子回路の一部として、ナノテクノロジーの分野で重要な役割を果たします。しかし、地質学者もこの新素材に満足している。地質学者のドゥブロビンスカヤ氏は、この素材が鉱物資源の検出など、地下への深部掘削に最適であることを知っている。これまで使用されてきたドリルヘッドは、硬い岩石での過酷な使用条件のため、すぐに摩耗してしまいました。研究者らは「研磨効果」について語っています。 ADNR はその異常な硬度により、ドリルヘッドをこのようなことから保護することができます。ナノ結晶ダイヤモンドは医療用関節インプラントのコーティングにも使用でき、人体内での耐久性が向上します。
物理学者であり、デュイスブルク・エッセン大学の薄膜技術ワーキンググループの責任者であるフォルカー・バック氏は、バイロイトの結果に敬意を表した。彼の研究チームはナノ結晶ダイヤモンドの製造にも挑戦しているが、それは別のプロセス、いわゆる化学蒸着（CVD）法を使用している。ドイツの多くの大学や研究所で従来の人工ダイヤモンドの製造に使用されています。真空チャンバー内の硬質金属ツール上に薄いダイヤモンド層が堆積されます。
バック氏は、バイロイトの研究仲間が高圧プロセスを使用して達成した成功を、非常に堅牢な工具や機械コンポーネントの製造の画期的な進歩だと考えています。これまでダイヤモンドを工業素材として利用するには限界がありました。たとえば、鋼や鉄を含む合金をコーティングする場合、炭素が鋼に溶解するため失敗しました。バイロイトの研究者らは、ナノ結晶ダイヤモンドによってこの問題を解決したと確信しています。これにより、ツール業界に新たな展望が開かれる可能性があります。 ■
ヨアヒム・アイディング
タイトルなし
ダイヤモンドは、グラファイトおよびフラーレンと並んで、炭素の 3 つの基本的な形態の 1 つです。炭素原子の特殊な結晶配列により、ダイヤモンドは既知の鉱物の中で最も硬いものとなっています。天然ダイヤモンドは、摂氏 1200 度を超える超高圧と高温下で地球のマントル内の特定の岩石から形成されます。世界最大の天然ダイヤモンドの鉱床は、ロシア、アフリカ南部、オーストラリアにあります。
1950 年代半ば以降、人造ダイヤモンドの生産も可能になり、今日ではこの材料の産業需要の約 80 パーセントをカバーしています。ダイヤモンドは主に、穴あけ、研削、切削工具の硬化、研磨ペーストへの混合物、メスを摩耗から保護するコーティングとして使用されます。ダイヤモンドは導電性が良いため、将来的にはマイクロエレクトロニクス部品の材料としても使用されるでしょう。
コミュニティ インターネット
バイロイト大学バイエルン地質研究所のホームページ:
www.bgi.uni-bayreuth.de
ウィキペディアには、ダイヤモンドに関する包括的で優れた背景情報が記載されています。
de.wikipedia.org/wiki/ディアマント
