高圧は材料の特性を劇的に変化させ、有用な用途で物理的および化学的特性を生み出すことがあります。 問題は、このような高圧を可能にするかさばる容器から材料が出ると、通常、これらの望ましい特性が失われることです。 しかし現在、中国の高圧科学技術先端研究センター (HPSTAR) と米国のスタンフォード大学の研究者は、代わりに自立したナノ構造体に高圧材料を閉じ込めることで、高圧材料の特性を容器の外で維持することに成功しました。ダイヤモンドでできたカプセル。
作品では、率いるチーム チャールズ・チャオシ・ゼン HPスター グラッシーカーボンとして知られる無定形で多孔質の炭素のサンプルを、アルゴンガスの存在下で約 50 °C に加熱しながら、500 ギガパスカル (地球の大気の圧力の約 000 万倍) の圧力にさらしました。 グラッシー カーボンは最初はアルゴンを透過しませんが、高圧ではスポンジのように吸収します。 その結果、実験が行われた高圧容器からアルゴンを取り出した後でも、多数の孤立した細孔にアルゴンを保持するナノ結晶ダイヤモンド複合体が得られます。
高解像度の透過型電子顕微鏡を使用して、チームは、ナノ構造ダイヤモンド カプセル (NDC) と呼ばれるこれらの細孔に、高圧のアルゴンの「粒子」が含まれていることを発見しました。 Denise Zhidan Zeng は、論文の筆頭著者です。 自然 これまで、圧力容器の厚くて強い壁を貫通できる硬 X 線などのプローブに頼らずに高圧材料をその場で特性評価することは困難であったため、この発見は重要であると述べています。 「新しい NDC を使用すると、高圧条件を維持しながら、このかさばる装置をなくすことができるため、研究対象の材料の高圧特性を維持できます」と彼女は言います。
ダイヤモンドのインスピレーション
研究者がダイヤモンドを使用することを選択したのは、ほとんどの材料とは異なり、この形態の炭素は、より高い圧力で形成された後、周囲圧力でその並外れた機械的および光電子特性を保持するためです。 「私たちは天然の地質ダイヤモンドのインクルージョンに触発され、ダイヤモンドだけでもこれらのインクルージョン内で高圧を維持するのに十分な強度があることを発見しました」と Qiaoshi Zeng は説明します。 「そのため、高圧材料が薄いダイヤモンドエンベロープ内に高い閉じ込め圧力で保存されている合成ダイヤモンドインクルージョンを作成することにしました。」
研究者らは、カプセルの壁の厚さがわずか数十ナノメートルであるにもかかわらず、NDC が最大数十 GPa の圧力を維持できることを発見しました。 壁の薄さにより、チームは透過型電子顕微鏡 (TEM) や軟 X 線分光法に基づくさまざまな技術を含む最新の診断プローブを使用して、内部の材料の原子/電子構造、組成、および結合の性質に関する詳細な情報を得ることができます。それ以外の場合、高圧容器とは互換性がありません。
気体および液体サンプル
従来の静的高圧技術では、サンプル サイズにも制限がありました。圧力が高いほど、サンプルを小さくする必要があります。 最近開発された別の技術は、高エネルギー電子照射を使用して、カーボン ナノチューブ (CNT) などのナノ構造炭素内にカプセル化された固体粒子に圧力を導入することで、これを回避しますが、Qiaoshi Zeng は、この技術には重要な制限があると指摘しています。 特に、ターゲットの固体材料粒子を CNT 内にうまく封入し、放射線で圧力をかけることは、理想的な実験条件下でも技術的に困難であり、気体や液体のサンプルには適していません。 「対照的に、当社の NDC にはそのような制限はありません」と QiaoshiZeng 氏は語ります。 物理学の世界.
爆発ナノダイヤモンドは、細胞内でナノスケールの温度測定を提供できます
高圧で望ましい特性を持つ多くの材料が発見されており、これらの新しい材料は、周囲条件下でこれらの特性を保持することが可能になった場合、特に魅力的である. 「私たちの研究は、室温超伝導など、高圧材料でのみ出現する新しい特性を保持するための重要なステップです」と彼は言います。
研究者は現在、NDC でこれらの高圧状態を維持することを期待して、この技術を使用してさまざまな材料を研究しています。 Qiaoshi Zeng 氏は次のように述べています。
