دانشمندان ژاپنی الماسی سخت‌تر ساختند

ايسنا

بروزرسانی 1399/04/17 - 12:02

ايسنا/ محققان "دانشگاه تسوکوبا"(University of Tsukuba‎) ژاپن در مطالعه اخيرشان با استفاده از يک روش جديد موفق به ساخت الماسي سخت‌تر از الماس‌هاي معمول شده‌اند. اين روش جديد به دانشمندان امکان ايجاد الماس‌هاي سخت‌تر را مي‌دهد. اينگونه الماس‌ها مي‌توانند در کارهاي صنعتي که الماس مصنوعي براي برش استفاده مي‌شود کاربرد داشته باشند. محققان نام اين الماس را "الماس‌هاي پنتا"(pentadiamonds) گذاشته‌اند. دانشمندان ژاپني طي اين مطالعه روشي را براي تنظيم مجدد اتم‌هاي کربن در يک الماس ابداع کردند که با اين روش الماس سخت‌تر و محکم‌تر از گذشته مي‌شود. محققان از محاسبات رايانه‌اي براي تبديل الماس به مواد سخت‌تر از آن چيزي که به طور طبيعي وجود دارد استفاده کردند. الماس‌ها تنها پيکربندي‌هاي تشکيل شده از اتم‌هاي کربن که به آنها آلوتروپ‌ها گفته مي‌شود، نيستند. در آنها سرب نيز وجود دارد همان ماده‌اي که در مداد و نانولوله‌هاي کربن وجود دارد. نحوه سخت شدن آلوتروپ تا حد زيادي به نحوه پيوند اتم‌هاي آنها بستگي دارد. در الماس‌هاي منظم، هر اتم کربن با پيوندي يگانه به چهار اتم کربن ديگر اتصال يافته است. آنچه محققان اين دانشگاه انجام دادند اين بود که ببينند اگر اتم‌هاي کربن در يک ساختار پيچيده‌تر شکل بگيرند چه اتفاقي مي‌افتد. بنابراين محققان براي محاسبه پايدارترين پيکربندي اتمي از يک روش محاسباتي به نام نظريه تابعي چگالي(DFT) استفاده کردند.

نظريه تابعي چگالي نظريه‌اي در چارچوب مکانيک کوانتومي براي بررسي ساختار الکتروني مواد در سيستم‌هاي بس ذره‌اي است. در اين نظريه، با معرفي تابعي جهان شمول انرژي و وردش گيري از آن، ويژگي‌هاي الکتروني ماده(در اينجا چگالي الکترون) بدست مي‌آيد. محققان با استفاده از اين روش دريافتند که مدول يانگ يا مدول الاستيسيته(سختي الماس پنتا) نزديک به ۱۷۰۰ گيگاپاسکال است در حاليکه ميزان سختي يک الماس معمولي ۱۲۰۰ گيگاپاسکال است. پروفسور "مينا ماروياما"(Mina Maruyama) يکي از محققان اين مطالعه توضيح داد: نه تنها الماس پنتا سخت‌تر از الماس معمولي است، بلکه چگالي آن بسيار کمتر و برابر با گرافيت است. پروفسور "سوسومو اوکادا"(Susumu Okada) يکي از محققان اين مطالعه در انتها افزود: اين کار قدرت طراحي مواد اوليه را نشان مي‌دهد. علاوه بر کاربردش در برش صنعتي و حفاري، ممکن است از الماس‌هاي پنتا به جاي سلول سندان الماس که اخيرا از آنها در تحقيقات علمي براي بازآفريني فشار شديد در داخل سيارات استفاده مي‌شود نيز استفاده شود. سلول سندان الماس(DAC) وسيله‌اي با فشار بالا است که در آزمايش‌هاي علمي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. اين وسيله فشرده سازي يک قطعه کوچک(ابعاد کوچکتر از ميلي‌متر) را در فشارهاي شديد، معمولاً تا حدود ۱۰۰–۲۰۰ گيگاپاسکال امکان‌پذير مي‌کند، اگرچه دستيابي به فشارهاي تا ۷۷۰ گيگاپاسکال امکان‌پذير است. از اين وسيله براي بازسازي فشار موجود در سيارات استفاده شده‌ است تا مواد و فازهايي که در شرايط عادي محيط مشاهده نشده‌اند، بررسي شوند.