A rendkívüli szimmetriájú szén nanokristályok vizsgálatával a nanogyémántok valódi szerkezetére és új alkalmazási lehetőségeire világított rá egy magyar tudós által vezetett internacionális kutatócsoport. Vizsgálataik alapján a nanogyémántszemcsék egy tekintélyes hányada igazság szerint viszont nem gyémánt, hanem diafit, amelyiknek hibátlan mechanikai és elektromos tulajdonságai vannak.
Az internacionális kutatást Németh Péter, az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Földtani és Geokémiai Intézetének tudósa vezette. A tudósok tanulmánya a Diamond and Related Materials című szakfolyóiratban jelent meg – közölte az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH).
A nanogyémántok végtelenül kicsi, az emberi hajszálnál csaknem tíz-húszezerszer kisebb kristályok, amelyek jelentőségük okán több tudományterület fókuszában állnak. Megtalálhatók meteoritokban, fiatal csillagok környezetében, a csillagközi porban (üstökösök), illetve némely – aszteroidabecsapódáshoz köthető – üledékes rétegekben is.
A nanogyémántok specifikus fizikai és mechanikai tulajdonságaiknak betudhatóan az anyagtudományi kutatásoknak is a középpontjában állnak, mivel alkalmasak kemény és időálló felületek, csiszolóporok, motorolaj-adalékok, amellett speciális tulajdonságú polimer- és fémkompozitok készítésére. Továbbá a nanoanyagok ígéretesek mint gyógyszerhordozók, így orvosi kezelésekben is felhasználhatók, különös tekintettel a rákgyógyászatra.
A nanogyémántok szerkezeti sajátosságait ugyanakkor több kérdés veszi körbe. Annak ellenére, hogy az általánosan elfogadott nézet alapján szerkezetük gyémántból – kovalens kötésű szénatomok háromdimenziós elrendeződéséből – áll, elektronmikroszkópi, diffrakciós és spektroszkópi jellemzőik hangsúlyosan eltérnek a népszerű gyémántétól.
Németh Péter, a CSFK szakembere és munkatársainak legfrissebb vizsgálati eredménye alapján a nanogyémánt szemcsék egy tekintélyes hányada igazság szerint viszont nem gyémánt, hanem nanoméretű gyémánt és grafit szerkezeti elemek kristálytani összenövéséből álló úgynevezett diafit.
Ezt a korszerű, a gyémánttal rokon anyagcsaládot a kutatócsoport régebbi tanulmányai alatt aszteroidabecsapódáshoz köthető és mesterséges lökéshullámmal előállított tömbi mintákban már azonosította. Ezúttal a szakemberek az Orgueil és a Murchison meteoritokból és egy mesterségesen – kémiai gőzfázisú leválasztással – előállított mintából származó nanogyémántot vizsgáltak a legújabb elektronmikroszkópokkal, röntgendiffrakcióval és mikroRaman-spektroszkópiával. Az eredményeket energiaszámításokkal modellezték.
A szakemberek olyan nanoméretű szénszemcséket találtak, amelyek jellegzetes hatos és tizenkettes szimmetriáját a gyémánt szerkezetével nem lehetett magyarázni. Megállapították, hogy a jellegzetes szimmetria megjelenése a diafitszerkezetnek köszönhető. Az eszközi modellezés rámutatott arra is, hogy a hatos és tizenkettes szimmetria csak a szemcsék némely vetületeiben jelenik meg elektronmikroszkópi felvételeken, a nanogyémántok általános orientációiban a speciális szimmetria rejtve marad, így a diafitszerkezet felismerése komoly feladja a leckét. Ez a megfigyelés megmagyarázhatja, hogy a régebbi tanulmányok miért hagyhatták figyelmen kívül a nanoméretű diafitdoméneket.
A kutatócsoport energiaszámításokkal meghatározta a diafitok spektroszkópi sajátosságait, és azt találta, hogy azok szerfelett jól egyeznek a kísérleti eredményekkel. Arra a következtetésre jutottak, hogy a nanogyémántoknál megfigyelt – a gyémántszerkezettel nem összeegyeztethető – jellegzetes spektroszkópi sajátosságok a diafitszerkezetben található heterogén kötésű szénatomoktól származnak.
A tanulmány nemcsak a korábbi ellentmondásos mikroszkópi és spektroszkópi megfigyelésekre talál meggyőző magyarázatot, hanem rávilágít a diafitszerkezetben rejlő alkalmazási lehetőségekre is. A tudósok felhívják a figyelmet arra, hogy az eltérő kötésállapotú szénatomoknak betudhatóan a diafitoknak isteni mechanikai és elektromos tulajdonságaik vannak. A kísérleti paraméterek változtatása, emellett a gyémántrétegek meghatározott területeinek lézeres kezelése lehetőséget biztosíthat diafitszerkezetek tudatos kialakítására, ezáltal a szigetelőtől a vezetőig hangolható elektromos tulajdonságú nanoanyagok kifejlesztésére.
mti
