硬さが変わる“可逆ダイヤモンド”

こんにちは

ジュエリーショップテンカラットの店長です

ダイヤモンドは最も硬い鉱石と言われていますが、

ある種のダイヤモンドは圧力によって

硬さが変化するものがあるそうです。

以下引用。

ダイヤモンドの硬さは、永遠に変わらないと考えられてきた。

ところが最新の研究によると、ある種の特殊な構造の炭素分子の場合、

圧力の増減に応じてダイヤモンドのように硬くなったり、

グラファイト（黒鉛）のように軟らかくなったりするという。

天然ダイヤモンドは、

地球の奥深くで生み出される炭素同素体の一つだ。

炭素同素体には、比較的軟らかいグラファイト、

非常に安定的なバッキーボールやカーボンナノチューブといった

「フラーレン（結合体）」など、さまざまな種類が存在する。

　今回分析された炭素分子構造は、

ガラス状の非晶質物質「アモルファスダイヤモンド」。

30年以上前から工場生産されており、

化学や電子工学などの分野で利用されている。

　しかし、この物質を高圧下に置いたときにどうなるかはわからなかった。

研究チームの一員でアメリカのワシントンD.C.にある

カーネギー研究所の高圧物理学者、

毛河光（マオ・ホークワン）氏は次のように話す。

「グラファイトは常に軟らかく、ダイヤモンドは常に硬い。

私たちは、高圧実験に必要な可逆的な性質を持つ物質を探していたのだ」。

◆可逆ダイヤモンドの仕組み

　ダイヤモンドの硬さの秘密は原子配列にある。

ダイヤモンドの中では、炭素原子が互いに「立体的」に結合しており、

がっしりとしたピラミッド状の連続的な結晶構造を形成している。

　一方、グラファイトは軟らかく剥がれやすい。

炭素原子が「平面的」に結合し、

互いに強く結び付いていない原子のシートが

サンドイッチ状に重なっている構造だからだ。

　毛氏の研究チームが対象とした非晶質の球状同素体も、

ほぼ全体にわたって平面的な結合構造で形成されている。

　しかし、2つのダイヤモンドの小片で挟み込み、

地殻の地下数百キロと同じレベルの圧力を加えると、

炭素の結合がダイヤモンドのような立体構造に変化し、

結晶性ダイヤモンドに匹敵する硬度を発揮するようになった。

　圧力を取り除くと、平面的な結合構造が復活し、

軟らかいガラス状の形態に戻った。

◆加圧速度の増加

　毛氏は、「可逆ダイヤモンドは魅力的な物質で、

さまざまな用途に利用できると考えられる。

ただし、商業利用について語るのは時期尚早だ。

まだゆっくりと加圧する実験しか行っていない」と述べる。

　今後は、急速に加圧された場合の硬度変化について

研究を進めていくという。

例えば、高速で飛んできた弾丸がぶつかる圧力で、

瞬間的に硬化する材料が開発できれば、

まったく新しい防弾チョッキに応用できる。

　また、研究上の利用価値も高い。

現在の高圧物理学では2つのダイヤモンドの

小片で挟んで加圧する方法が採用されているが、

新物質を活用すれば、さまざまな方向から超高圧を加える

新しい実験が可能になる。「この物質により、高圧物理学の地平が広がるはずだ」。

　今回の研究成果は、「Physical Review Letters」誌に掲載の予定である。

どちらにしろ、ダイヤモンドは宝石としてもすばらしいものだし、

その他の用途にもたくさんの可能性を秘めた、

人に夢を与え続ける鉱石ということですね

今後ともジュエリーショップ10ctをよろしくお願い致します

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