A különleges szimmetriájú nanogyémántok szerkezeti sajátosságait vizsgálták kutatók

A különleges szimmetriájú szén nanokristályok vizsgálatával a nanogyémántok valódi szerkezetére és új alkalmazási lehetőségeire világított rá egy magyar kutató által vezetett nemzetközi kutatócsoport. Vizsgálataik szerint a nanogyémántszemcsék egy jelentős része valójában nem is gyémánt, hanem diafit, amelynek kiváló mechanikai és elektromos tulajdonságai vannak.A nemzetközi kutatást Németh Péter, az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Földtani és Geokémiai Intézetének kutatója vezette. A kutatók tanulmánya a Diamond and Related Materials című szakfolyóiratban jelent meg - közölte az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH) pénteken.
    

A nanogyémántok végtelenül kicsi, az emberi hajszálnál mintegy tíz-húszezerszer kisebb kristályok, amelyek jelentőségük miatt több tudományterület fókuszában állnak. Megtalálhatók meteoritokban, fiatal csillagok környezetében, a csillagközi porban (üstökösök), valamint bizonyos - aszteroidabecsapódáshoz köthető - üledékes rétegekben is.
    

A nanogyémántok egyedi fizikai és mechanikai tulajdonságaiknak köszönhetően az anyagtudományi kutatásoknak is a középpontjában állnak, mivel alkalmasak kemény és ellenálló bevonatok, csiszolóporok, motorolaj-adalékok, valamint kivételes tulajdonságú polimer- és fémkompozitok készítésére. Emellett a nanoanyagok ígéretesek mint gyógyszerhordozók, ezért orvosi kezelésekben is felhasználhatók, különös tekintettel a rákgyógyászatra.
    

A nanogyémántok szerkezeti sajátosságait ugyanakkor számos kérdés övezi. Annak ellenére, hogy az általánosan elfogadott nézet szerint szerkezetük gyémántból - kovalens kötésű szénatomok háromdimenziós elrendeződéséből - áll, elektronmikroszkópi, diffrakciós és spektroszkópi jellemzőik jelentősen eltérnek a jól ismert gyémántétól.
    

Németh Péter, a CSFK kutatója és munkatársainak legújabb vizsgálati eredménye szerint a nanogyémánt szemcsék egy jelentős része valójában nem is gyémánt, hanem nanoméretű gyémánt és grafit szerkezeti elemek kristálytani összenövéséből álló úgynevezett diafit. Ezt az új, a gyémánttal rokon anyagcsaládot a kutatócsoport korábbi kutatásai során aszteroidabecsapódáshoz köthető és mesterséges lökéshullámmal előállított tömbi mintákban már azonosította. Ezúttal a kutatók az Orgueil és a Murchison meteoritokból és egy mesterségesen - kémiai gőzfázisú leválasztással - előállított mintából származó nanogyémántot vizsgáltak a legkorszerűbb elektronmikroszkópokkal, röntgendiffrakcióval és mikroRaman-spektroszkópiával. Az eredményeket energiaszámításokkal modellezték.
    

A kutatók olyan nanoméretű szénszemcséket találtak, amelyek különleges hatos és tizenkettes szimmetriáját a gyémánt szerkezetével nem lehetett magyarázni. Megállapították, hogy a különleges szimmetria megjelenése a diafitszerkezetnek köszönhető. A szerkezeti modellezés rámutatott arra is, hogy a hatos és tizenkettes szimmetria csak a szemcsék bizonyos vetületeiben jelenik meg elektronmikroszkópi felvételeken, a nanogyémántok általános orientációiban a különleges szimmetria rejtve marad, ezért a diafitszerkezet felismerése komoly kihívást jelent. Ez a megfigyelés megmagyarázhatja, hogy a korábbi kutatások miért hagyhatták figyelmen kívül a nanoméretű diafitdoméneket.
    

A kutatócsoport energiaszámításokkal meghatározta a diafitok spektroszkópi sajátosságait, és azt találta, hogy azok nagyon jól egyeznek a kísérleti eredményekkel. Arra a következtetésre jutottak, hogy a nanogyémántoknál megfigyelt - a gyémántszerkezettel nem összeegyeztethető - különleges spektroszkópi sajátosságok a diafitszerkezetben lévő különböző kötésű szénatomoktól származnak.
    

A tanulmány nemcsak az eddigi ellentmondásos mikroszkópi és spektroszkópi megfigyelésekre talál meggyőző magyarázatot, hanem rávilágít a diafitszerkezetben rejlő alkalmazási lehetőségekre is. A kutatók felhívják a figyelmet arra, hogy a különböző kötésállapotú szénatomoknak köszönhetően a diafitoknak kiváló mechanikai és elektromos tulajdonságaik vannak. A kísérleti paraméterek változtatása, illetve a gyémántrétegek meghatározott területeinek lézeres kezelése lehetőséget biztosíthat diafitszerkezetek tudatos kialakítására, ezáltal a szigetelőtől a vezetőig hangolható elektromos tulajdonságú nanoanyagok kifejlesztésére.


(Forrás: MTI)