01.04.2021 - Washington State University

Los diamantes hexagonales fabricados en laboratorio son más rígidos que los naturales

El material más resistente de la naturaleza tiene ahora una dura competencia. Por primera vez, los investigadores disponen de pruebas fehacientes de que los diamantes hexagonales fabricados por el hombre son más resistentes que los diamantes cúbicos comunes que se encuentran en la naturaleza y que suelen utilizarse en joyería.

Llamados así por su estructura cristalina de seis lados, los diamantes hexagonales se han encontrado en algunos lugares de impacto de meteoritos, y otros se han fabricado brevemente en laboratorios, pero eran demasiado pequeños o tenían una existencia demasiado corta para ser medidos.

Ahora, los científicos del Instituto de Física del Choque de la Universidad Estatal de Washington han creado diamantes hexagonales lo suficientemente grandes como para medir su rigidez mediante ondas sonoras. Sus descubrimientos se detallan en un artículo publicado recientemente en Physical Review B.

"El diamante es un material único", afirma Yogendra Gupta, director del Instituto de Física de Choque y autor del estudio. "No sólo es el más resistente, sino que tiene hermosas propiedades ópticas y una conductividad térmica muy alta. Ahora hemos fabricado la forma hexagonal del diamante, producida en experimentos de compresión por choque, que es significativamente más rígida y fuerte que los diamantes gema normales".

Los investigadores llevaban mucho tiempo queriendo crear un material más fuerte que los diamantes naturales, que pudiera tener diversos usos en la industria. Aunque muchos teorizaron que los diamantes hexagonales serían más fuertes, el estudio de la WSU proporciona la primera prueba experimental de que lo son.

El autor principal, Travis Volz, ahora investigador posdoctoral en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, centró su trabajo de tesis en la WSU en la creación de diamantes hexagonales a partir de grafito. Para este estudio, Volz y Gupta utilizaron pólvora y gas comprimido para propulsar pequeños discos de grafito del tamaño de una moneda de diez centavos a una velocidad de unos 24.000 kilómetros por hora sobre un material transparente. El impacto produjo ondas de choque en los discos que los transformaron muy rápidamente en diamantes hexagonales.

Inmediatamente después del impacto, los investigadores produjeron una pequeña onda sonora y utilizaron láseres para medir su movimiento a través del diamante. El sonido se mueve más rápido a través de un material más rígido. Anteriormente, el sonido se movía más rápido a través del diamante cúbico; en los diamantes hexagonales creados en el laboratorio se movía más rápido.

Cada proceso ocurrió en varias mil millonésimas de segundo, o nanosegundos, pero los investigadores pudieron realizar las mediciones de rigidez antes de que el impacto a alta velocidad destruyera el diamante.

La rigidez es la capacidad de un material para resistir la deformación bajo una fuerza o presión; por ejemplo, una roca es más rígida que el caucho, ya que éste se dobla cuando se le presiona. La dureza es la resistencia al rayado o a otras deformaciones de la superficie.

Por lo general, los materiales más rígidos son también más duros, afirma Volz. Aunque los investigadores no pudieron rayar los diamantes para comprobar su dureza directamente, al medir la rigidez de los diamantes pueden hacer deducciones sobre su dureza.

Si la ciencia avanza hasta el punto de poder crear y recuperar diamantes hexagonales fabricados en laboratorio, podrían tener una serie de usos.

"Los materiales duros son útiles para la capacidad de mecanizado", dijo Volz. "El diamante se ha utilizado durante mucho tiempo en brocas, por ejemplo. Como hemos descubierto que el diamante hexagonal es probablemente más duro que el cúbico, podría ser una alternativa superior para el mecanizado, el taladrado o cualquier tipo de aplicación en la que se utilice el diamante cúbico."

Aunque las ventajas industriales son evidentes, Gupta dijo que todavía es posible que los diamantes hexagonales se utilicen algún día en los anillos de compromiso. Actualmente, los diamantes cúbicos fabricados en laboratorio tienen menos valor en comparación con sus pares naturales, pero los diamantes hexagonales serían probablemente más novedosos.

"Si algún día podemos producirlos y pulirlos, creo que serían más demandados que los diamantes cúbicos", dijo Gupta. "Si alguien te dijera: 'mira, te voy a dar a elegir entre dos diamantes: uno es mucho más raro que el otro'. ¿Cuál elegirías?".

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