Lonsdaleit

Lonsdaleit
Kristallstruktur hos Lonsdaleit
Dana klassificering1.3.6.3
Strunz klassificering1.CB.10b
Kemisk formelC
FärgGrå i kristaller, ljusgulaktig till brun i brutna fragment
FörekomstsättKuber i finkorniga aggregat
KristallstrukturHegagonal
Hårdhet (Mohs)7 - 8
GlansAdamantin
RefraktionEnaxlig (+/-)
Ljusbrytningn=2,404
DispersionIngen
TransparensTransparent
Specifik vikt3,2
Referenser[1][2][3]

Lonsdaleit (döpt efter Kathleen Lonsdale), även kallad hexagonal diamant, är en allotrop av kol med en hexagonal struktur. Den bildas naturligt när meteoriter med grafit träffar Jorden. Hettan och trycket vid kollisionen skapar en diamant, men behåller den hexagonala strukturen. Lonsdaleit identifierades första gången 1967 från Canyon Diablo-meteoriten, där den förekommer som mikroskopiska kristaller förknippade med vanlig diamant.[4][5]

Egenskaper

Leondalit är genomskinlig och brungul och har ett brytningsindex på 2,40–2,41 och en specifik vikt på 3,2–3,3 . Dess hårdhet är teoretiskt överlägsen den för kubisk diamant (upp till 58 procent mer),[6] enligt beräkningssimuleringar, men naturliga prover uppvisade något lägre hårdhet genom ett stort värdeområde (från 7–8 på Mohs hårdhetsskala). Orsaken kan antas vara att proverna har varit fulla av gallerdefekter och föroreningar.[7]

Förutom meteoritavlagringar har hexagonal diamant syntetiserats i laboratorium (1966 eller tidigare; publicerad 1967)[8] genom att komprimera och värma grafit antingen i en statisk press eller med sprängämnen.[9]

Hårdhet

Strukturen av en lonsdaleit.

Enligt den konventionella tolkningen av resultaten av att undersöka de magra prover som samlats in från meteoriter eller tillverkats i labbet, har lonsdaleit en hexagonal enhetscell, relaterad till diamantenhetscellen på samma sätt som de hexagonala och kubiska tätpackade kristallsystemen är relaterade. Dess diamantstruktur kan anses vara uppbyggd av sammankopplade ringar med sex kolatomer, i stolkonformation. I lonsdaleite är några ringar istället i båtkonformation. Vid dimensioner i nanoskala representeras kubisk diamant av diamantoider medan hexagonal diamant representeras av wurtzoider.[10]

I diamant är alla kol-till-kol-bindningar, både inom ett lager av ringar och mellan dem, i den förskjutna konformationen, vilket gör att alla fyra kubisk-diagonala riktningarna är likvärdiga. I lonsdaleit är bindningarna mellan skikten i den ”förmörkade” konformationen, som definierar axeln för hexagonal symmetri.

Mineralogisk simulering förutspår att lonsdaleit är 58 procent hårdare än diamant på <100>-ytan och att den motstår intryckningstryck på 152 GPa, medan diamant skulle gå sönder vid 97 GPa.[11] Detta överskrids ännu av Iia-diamantens <111> spetshårdhet på 162 GPa.

De extrapolerade egenskaperna hos lonsdaleit har ifrågasatts, särskilt dess överlägsna hårdhet, eftersom prover under kristallografisk inspektion inte har visat en bulk hexagonal gitterstruktur, utan istället en konventionell kubisk diamant dominerad av strukturella defekter som innehåller hexagonala sekvenser.[12] En kvantitativ analys av röntgendiffraktionsdata för lonsdaleit har visat att ungefär lika stora mängder hexagonala och kubiska staplingssekvenser förekommer. Följaktligen har det föreslagits att "staplad oordnad diamant" är den mest exakta strukturella beskrivningen av lonsdaleit.[13] Å andra sidan visar nyliga chockexperiment med in situ röntgendiffraktion starka bevis för skapandet av relativt ren lonsdaleit i dynamiska högtrycksmiljöer jämförbara med meteoritnedslag.[14][15]

Förekomst

Diamantprover från Popigais slagstruktur: (a) är ren diamant, medan (b) är diamant med vissa lonsdaleit-föroreningar.

Lonsdaleit förekommer som mikroskopiska kristaller förknippade med diamant i flera meteoriter: Canyon Diablo,[16] Kenna och Allan Hills 77283. Den förekommer också naturligt i ickebolida diamantplaceringsavlagringar i Sacharepubliken.[17] Material med d-mellanrum som överensstämmer med lonsdaleit har hittats i sediment med mycket osäkra datum vid Lake Cuitzeo, i delstaten Guanajuato, Mexiko, av förespråkare för den kontroversiella yngre dryas-nedslagshypotesen,[18] som nu vederläggs av jordforskare och specialister på planetpåverkan.[19] Påståenden om lonsdaleit och andra nanodiamanter i ett lager av Grönlands inlandsis som kan vara av yngre dryas ålder har inte bekräftats och är nu ifrågasatta.[20] Dess närvaro i lokala torvavlagringar hävdas som bevis för att Tunguska-händelsen orsakades av en meteor snarare än av ett kometfragment.[21][22]

Tillverkning

Förutom laboratoriesyntes genom att komprimera och värma grafit antingen i en statisk press eller med sprängämnen,[8][9] har lonsdaleit även framställts genom kemisk ångavsättning,[23][24][25] och även genom termisk nedbrytning av en polymer, poly(hydridokarbyn), vid atmosfärstryck, under argonatmosfär, vid 1 000 °C. [26][27]

År 2020 fann forskare vid Australian National University av en slump att de kunde producera lonsdaleit vid rumstemperatur med hjälp av en diamantpresscell.[28][29]

År 2021 publicerade Washington State Universitys Institute for Shock Physics ett dokument som anger att de skapade lonsdaleit-kristaller som är tillräckligt stora för att mäta deras styvhet, vilket bekräftar att de är styvare än vanliga kubiska diamanter. Men explosionen som används för att skapa dessa kristaller förstör dem också nanosekunder senare, vilket ger precis tillräckligt med tid för att mäta styvhet med lasrar.[30]

Referenser

Den här artikeln är helt eller delvis baserad på material från engelskspråkiga Wikipedia, Lonsdaleite, 13 maj 2024..

Noter

  1. ^ ”Lonsdaleite”. Mindat.org. http://www.mindat.org/min-2431.html. 
  2. ^ ”Lonsdaleite”. Lonsdaleite. http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/lonsdaleite.pdf. 
  3. ^ ”Lonsdaleite data”. Webmineral. http://webmineral.com/data/Lonsdaleite.shtml. 
  4. ^ Frondel, C.; Marvin, U.B. (1967). ”Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond”. Nature 214 (5088): sid. 587–589. doi:10.1038/214587a0. Bibcode: 1967Natur.214..587F. 
  5. ^ Frondel, C.; Marvin, U.B. (1967). ”Lonsdaleite, a hexagonal polymorph of diamond”. American Mineralogist 52 (5088): sid. 587. doi:10.1038/214587a0. Bibcode: 1967Natur.214..587F. 
  6. ^ ”Arkiverade kopian”. Arkiverad från originalet den 7 april 2014. https://web.archive.org/web/20140407062622/http://illvet.se/fraaga-oss/topp-5-vilka-ar-de-haardaste-mineralen. Läst 1 april 2014. 
  7. ^ Carlomagno, G.M.; Brebbia, C.A. (2011). Computational Methods and Experimental Measurements. "XV". WIT Press. ISBN 978-1-84564-540-3 
  8. ^ [a b] Bundy, F.P.; Kasper, J.S. (1967). ”Hexagonal diamond — a new form of carbon”. Journal of Chemical Physics 46 (9): sid. 3437. doi:10.1063/1.1841236. Bibcode: 1967JChPh..46.3437B. 
  9. ^ [a b] He, Hongliang; Sekine, T.; Kobayashi, T. (2002). ”Direct transformation of cubic diamond to hexagonal diamond”. Applied Physics Letters 81 (4): sid. 610. doi:10.1063/1.1495078. Bibcode: 2002ApPhL..81..610H. 
  10. ^ Abdulsattar, M. (2015). ”Molecular approach to hexagonal and cubic diamond nanocrystals”. Carbon Letters 16 (3): sid. 192–197. doi:10.5714/CL.2015.16.3.192. 
  11. ^ Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; Chen, Changfeng (2009). ”Harder than diamond: Superior indentation strength of wurtzite BN and lonsdaleite”. Physical Review Letters 102 (5): sid. 055503. doi:10.1103/PhysRevLett.102.055503. PMID 19257519. Bibcode: 2009PhRvL.102e5503P. 
  12. ^ Nemeth, P.; Garvie, L.A.J.; Aoki, T.; Natalia, D.; Dubrovinsky, L.; Buseck, P.R. (2014). ”Lonsdaleite is faulted and twinned cubic diamond and does not exist as a discrete material”. Nature Communications 5: sid. 5447. doi:10.1038/ncomms6447. PMID 25410324. Bibcode: 2014NatCo...5.5447N. 
  13. ^ Salzmann, C.G.; Murray, B.J.; Shephard, J.J. (2015). ”Extent of stacking disorder in diamond”. Diamond and Related Materials 59: sid. 69–72. doi:10.1016/j.diamond.2015.09.007. Bibcode: 2015DRM....59...69S. http://eprints.whiterose.ac.uk/93345/. 
  14. ^ Kraus, D.; Ravasio, A.; Gauthier, M.; Gericke, D.O.; Vorberger, J.; Frydrych, S.; Helfrich, J.; Fletcher, L.B.; et al. (2016). ”Nanosecond formation of diamond and lonsdaleite by shock compression of graphite”. Nature Communications 7: sid. 10970. doi:10.1038/ncomms10970. PMID 26972122. Bibcode: 2016NatCo...710970K. 
  15. ^ Turneaure, Stefan J.; Sharma, Surinder M.; Volz, Travis J.; Winey, J.M.; Gupta, Yogendra M. (2017-10-01). ”Transformation of shock-compressed graphite to hexagonal diamond in nanoseconds”. Science Advances 3 (10): sid. eaao3561. doi:10.1126/sciadv.aao3561. ISSN 2375-2548. PMID 29098183. Bibcode: 2017SciA....3O3561T. 
  16. ^ Lea, Robert (2022-09-12). ”Dwarf planet collision may have sent strange ultra-hard diamonds to Earth”. Space.com. https://www.space.com/meteorite-strange-form-of-diamond. 
  17. ^ Kaminskii, F.V.; G.K. Blinova; E.M. Galimov; G.A. Gurkina; Y.A. Klyuev; L.A. Kodina; V.I. Koptil; V.F. Krivonos; et al. (1985). ”Polycrystalline aggregates of diamond with lonsdaleite from Yakutian [Sakhan] placers”. Mineral. Zhurnal 7: sid. 27–36. 
  18. ^ Israde-Alcantara, I.; Bischoff, J.L.; Dominguez-Vazquez, G.; Li, H.-C.; Decarli, P.S.; Bunch, T.E.; Wittke, J.H.; Weaver, J.C.; et al. (2012). ”Evidence from central Mexico supporting the Younger Dryas extraterrestrial impact hypothesis”. Proceedings of the National Academy of Sciences 109 (13): sid. E:738–747. doi:10.1073/pnas.1110614109. PMID 22392980. Bibcode: 2012PNAS..109E.738I. 
  19. ^ Holliday, Vance T.; Daulton, Tyrone L.; Bartlein, Patrick J.; Boslough, Mark B.; Breslawski, Ryan P.; Fisher, Abigail E.; Jorgeson, Ian A.; Scott, Andrew C.; et al. (2023-07-26). ”Comprehensive refutation of the Younger Dryas Impact Hypothesis (YDIH)” (på engelska). Earth-Science Reviews: sid. 104502. doi:10.1016/j.earscirev.2023.104502. https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0012825223001915. 
  20. ^ Kurbatov, Andrei V.; Mayewski, Paul A.; Steffensen, Jorgen P.; West, Allen; Kennett, Douglas J.; Kennett, James P.; Bunch, Ted E.; Handley, Mike; et al. (2022-09-20). ”Discovery of a nanodiamond-rich layer in the Greenland ice sheet”. PubPeer. https://pubpeer.com/publications/28B83ADB820618B3F374667D5FBB92. 
  21. ^ Kvasnytsya, Victor; Wirth; Dobrzhinetskaya; Matzel; Jacobsend; Hutcheon; Tappero; Kovalyukh (August 2013). ”New evidence of meteoritic origin of the Tunguska cosmic body”. Planetary and Space Science 84: sid. 131–140. doi:10.1016/j.pss.2013.05.003. Bibcode: 2013P&SS...84..131K. http://gfzpublic.gfz-potsdam.de/pubman/item/escidoc:247242. 
  22. ^ Redfern, Simon (28 June 2013). ”Russian meteor shockwave circled globe twice”. BBC News (British Broadcasting Corporation). https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-23066055. 
  23. ^ Bhargava, Sanjay; Bist, H.D.; Sahli, S.; Aslam, M.; Tripathi, H.B. (1995). ”Diamond polytypes in the chemical vapor deposited diamond films”. Applied Physics Letters 67 (12): sid. 1706. doi:10.1063/1.115023. Bibcode: 1995ApPhL..67.1706B. 
  24. ^ Nishitani-Gamo, Mikka; Sakaguchi, Isao; Loh, Kian Ping; Kanda, Hisao; Ando, Toshihiro (1998). ”Confocal Raman spectroscopic observation of hexagonal diamond formation from dissolved carbon in nickel under chemical vapor deposition conditions”. Applied Physics Letters 73 (6): sid. 765. doi:10.1063/1.121994. Bibcode: 1998ApPhL..73..765N. 
  25. ^ Misra, Abha; Tyagi, Pawan K.; Yadav, Brajesh S.; Rai, P.; Misra, D.S.; Pancholi, Vivek; Samajdar, I.D. (2006). ”Hexagonal diamond synthesis on h-GaN strained films”. Applied Physics Letters 89 (7): sid. 071911. doi:10.1063/1.2218043. Bibcode: 2006ApPhL..89g1911M. 
  26. ^ Nur, Yusuf; Pitcher, Michael; Seyyidoğlu, Semih; Toppare, Levent (2008). ”Facile synthesis of poly(hydridocarbyne): A precursor to diamond and diamond-like ceramics”. Journal of Macromolecular Science, Part A 45 (5): sid. 358. doi:10.1080/10601320801946108. 
  27. ^ Nur, Yusuf; Cengiz, Halime M.; Pitcher, Michael W.; Toppare, Levent K. (2009). ”Electrochemical polymerizatıon of hexachloroethane to form poly(hydridocarbyne): A pre-ceramic polymer for diamond production”. Journal of Materials Science 44 (11): sid. 2774. doi:10.1007/s10853-009-3364-4. Bibcode: 2009JMatS..44.2774N. 
  28. ^ Lavars, Nick (18 November 2020). ”Scientists produce rare diamonds in minutes at room temperature”. New Atlas. https://newatlas.com/materials/scientists-rare-diamonds-minutes-room-temperature/. 
  29. ^ McCulloch, Dougal G.; Wong, Sherman; Shiell, Thomas B.; Haberl, Bianca; Cook, Brenton A.; Huang, Xingshuo; Boehler, Reinhard; McKenzie, David R.; et al. (2020). ”Investigation of room temperature formation of the ultra-hard nanocarbons diamond and lonsdaleite”. Small 16 (50): sid. 2004695. doi:10.1002/smll.202004695. ISSN 1613-6829. PMID 33150739. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202004695. 
  30. ^ ”Lab made hexagonal diamonds stiffer than natural cubic diamonds”. March 2021. https://phys.org/news/2021-03-lab-made-hexagonal-diamonds-stiffer-natural.html. 

Vidare läsning

  • Anthony, J.W. (1995). Mineralogy of Arizona (3rd). Tucson, AZ: University of Arizona Press. ISBN 0-8165-1579-4 

Externa länkar

Media som används på denna webbplats

Popigai nanodiamonds.jpg
Författare/Upphovsman: Hiroaki Ohfuji et al., Licens: CC BY 4.0

Nanodiamonds found at Popigai impact structure, Russia.
(a) Sample #05 composed purely of diamond.

(b) Sample #08 composed of a mixture of diamond and small amount of lonsdaleite.
Lonsdaleite.png
(c) User:Materialscientist, CC BY-SA 3.0
Crystal structure of lonsdaleite (hexagonal diamond)
Lonsdaleite structure.PNG
(c) Mstroeck, CC BY-SA 3.0
Mstroeck, upphovsrättsinnehavaren av detta verk, publicerar härmed det under följande licens: