Onderzoekers in Australië hebben ontdekt dat een type diamant genaamd lonsdaleite onafhankelijk van normale diamant kan bestaan in een zeldzaam type meteoriet. Het team, onder leiding van Andy Tomkins aan de Monash University, deed de ontdekking met behulp van elektronenmicroscopie om de hardere vorm van diamant in oude meteorieten te identificeren. Het team omvat ook onderzoekers van de RMIT University en hun resultaten leveren sterk bewijs voor hoe deze vorm van diamant zich in de natuur kan vormen en mogelijk zelfs kan worden gemaakt voor industriële toepassingen.
Ureilieten zijn een zeldzaam type meteoriet die waarschijnlijk is ontstaan in de mantel van een oude dwergplaneet die ooit in het binnenste zonnestelsel bestond. Wetenschappers geloven dat deze planeet kort na zijn vorming werd vernietigd door een kolossale asteroïde-inslag. Ureilieten bevatten een grote overvloed aan diamanten en het is ook bekend dat ze een vorm van diamant bevatten die lonsdaleiet wordt genoemd - die harder kan zijn dan normale diamant.
De diamanten die in sieraden en industriële gereedschappen worden gevonden, bevatten koolstofatomen die in een soort kubisch rooster zijn gerangschikt. In lonsdaleite zijn de koolstofatomen echter gerangschikt in een soort hexagonaal rooster. Het materiaal is vernoemd naar de Britse kristallograaf Kathleen Lonsdale – die de eerste vrouw was die werd verkozen tot Fellow van de Royal Society en een pionier in het gebruik van röntgenstralen om kristallen te bestuderen.
Discreet materiaal
Hoewel het onder hoge druk kan worden gesynthetiseerd, dachten onderzoekers dat lonsdaleiet in de natuur alleen kan bestaan als een defect van gewone diamant, en niet als een op zichzelf staand materiaal. Om deze theorie te testen, analyseerde het team van Tomkins de kristalstructuren van ureilietmonsters met behulp van elektronenmicroscopie. Hun doel was om de relatieve verdelingen van lonsdaleite, diamant en grafiet in kaart te brengen. Voor het eerst toonden hun resultaten aan dat lonsdaleite-kristallen inderdaad kunnen bestaan als een afzonderlijk materiaal - meestal in de vorm van korrels van micronformaat, afgewisseld met aders van diamant en grafiet.
Harder dan diamant?
De waarnemingen van het team leveren het eerste sterke bewijs voor hoe deze drie verschillende fasen van koolstof gevormd zijn in ureilieten. Op basis van hun resultaten suggereren Tomkins en collega's dat lonsdaleite waarschijnlijk is gevormd uit grof kristallijn grafiet toen het materiaal snel afkoelde en decomprimeerde, na de vernietiging van de ureilietvormende dwergplaneet.
Deze reactie werd mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van een superkritische vloeistof (waar geen duidelijke vloeistof- en gasfasen bestaan), die een verscheidenheid aan verbindingen van koolstof, waterstof, zuurstof en zwavel bevat. Terwijl dit proces voortduurde, suggereerden de onderzoekers dat veel van dit lonsdaleiet zou zijn omgezet in diamant en vervolgens weer in grafiet.
Het team van Tomkins trekt ook parallellen tussen dit proces en industriële chemische dampafzetting - waarbij verdampte voorlopers reageren op de oppervlakken van vaste substraten om dunne, vaste films te produceren. Door dit proces in het laboratorium na te bootsen, hopen ze dat hun inzichten de weg kunnen effenen voor nieuwe technieken voor de productie van lonsdaleite - die de reguliere diamant zou kunnen vervangen in industriële toepassingen waarvoor de hardste beschikbare materialen nodig zijn.
Het onderzoek is beschreven in Proceedings van de National Academy of Sciences.
