Nieuw, geavanceerd onderzoek van het hardste materiaal op aarde, de zeldzame koolstofvorm lonsdaleïet, toont aan dat deze diamant een uniekere structuur heeft dan gedacht.
Het kristal is niet alleen ongelooflijk hard, maar blijkt ook vormbaar en geleidend te zijn.
Dit geavanceerde supermateriaal opent daarom nieuwe deuren naar de ontwikkeling van toekomstige slijpmiddelen, nanogeneeskunde en lasertechnologie.
In deze meteoriet, de Canyon Diablo-meteoriet, is lonsdaleïet gevonden.
Lonsdaleïet
Lonsdaleïet staat bekend als een hexagonale diamant, want men dacht altijd dat het ging om koolstof in een hexagonale kristalstructuur.
Maar nu blijkt dat het een mengeling is van diamant en grafeen.
Lonsdaleïet is het hardst bekende materiaal op aarde.
De diamantsoort werd in 1967 ontdekt in de Canyon Diablo-meteoriet in Arizona, VS.
Die werd in 1891 gevonden in de 170 meter diepe Barringerkrater, die een diameter van 1200 meter heeft. Hier sloeg circa 50.000 jaar geleden een enorme ijzermeteoriet van 300.000 ton in.
Vergist in kristalstructuur
Gewone diamanten bestaan uit koolstofatomen in een kubische vorm, waarbij elk atoom met vier andere verbonden is.
Toen er in 1967 voor het eerst lonsdaleïetkristallen werden gevonden in de Canyon Diablo-meteoriet, dachten de onderzoekers dat ze bestonden uit koolstofatomen in een zeshoekig rooster.
Illustraties van de kubische atoomstructuur (l) van diamanten en van het kunstmatig gevormde hexagonale rooster van lonsdaleïet (r).
Later is het gelukt om in het laboratorium kunstmatig lonsdaleïetdiamanten te maken – maar misschien was het helemaal geen lonsdaleïet.
Met behulp van ramanspectroscopie (een techniek die moleculen kan identificeren via trillingen) en kristallografie (de studie van de atomaire opbouw van kristallen) herschrijft het onderzoeksteam nu de structuur van het kristal.
Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences.
Het mineraal bleek bij nader inzien de traditionele kenmerken van gewone kubische diamanten te hebben.
Maar daarnaast bestaat het uit het ultradunne, buigzame en geleidende koolstofmateriaal grafeen. Een vergroeiing van twee mineralen in een kristal heet een diafiet.
Het nieuwe superkristal heeft eigenschappen van diamant (l) en grafeen (r). Dit zijn beide vormen van het element koolstof.
Het kunstmatige lonsdaleïet is het hardste materiaal op aarde en is 58 procent harder dan gewone diamanten. Tests moeten uitwijzen of de nieuwe diafietversie net zo hard is.
Als dat zo is, en lonsdaleïet heeft ook nog de eigenschappen van grafeen – vormbaar en geleidend –, is er sprake van een nieuw wondermateriaal.
Mineralen worden op allerlei manieren gevormd
Onlangs stelde een ander onderzoeksteam een enorme catalogus samen van alle bekende mineralen op aarde. Daaruit bleek dat hetzelfde kristal op talrijke manieren gevormd kan worden.
Diamanten kunnen bijvoorbeeld diep in de aarde ontstaan, waar koolstof miljoenen jaren lang aan extreme druk en hoge temperaturen wordt blootgesteld zonder toevoer van zuurstof.
Maar ze kunnen ook worden gevormd bij de extreme temperaturen en druk die ontstaan als een ruimtesteen de aarde raakt. Zo kwamen de oorspronkelijke lonsdaleïetkristallen tot stand.
Lonsdaleïet kan niet alleen gebruikt worden in toekomstige technologie, de pas ontdekte structuur ervan kan ons ook iets vertellen over wat er gebeurt met de druk en temperatuur bij een planetoïde-inslag.
De volgende stap is die kortstondige hoge temperaturen en extreme druk kunstmatig na te bootsen, voordat het wonderkristal in productie kan worden genomen.