凝集ダイヤモンドナノロッド

ロシアのシベリアにあるポピガイ衝突構造から採取された天然ナノダイヤモンド集合体。^[1]

ポピガイナノダイヤモンドの内部構造。^[1]

合成ナノダイヤモンドの内部構造。^[1]

凝集ダイヤモンドナノロッド( ADNR)は、ナノ結晶形態のダイヤモンドであり、ナノダイヤモンドまたはハイパーダイヤモンドとも呼ばれます。

発見

ナノダイヤモンドまたはハイパーダイヤモンドは、2003年に日本の研究者グループによってグラファイトの圧縮によって生成され、ネイチャー誌に掲載された同論文で、バルクダイヤモンドよりもはるかに硬いことが示された。^{[2]その後、}フラーレンの圧縮によっても生成され、既知の材料の中で最も硬く、最も圧縮性が低いことが確認された。等温体積弾性率は491ギガパスカル（GPa）であるのに対し、従来のダイヤモンドの弾性率は442～446GPaである。これらの結果はX線回折データから推測されたもので、ADNRは通常のダイヤモンドよりも0.3%密度が高いことも示されている。^[3]同グループは後に、ADNRについて「硬度とヤング率は天然ダイヤモンドに匹敵するが、『優れた耐摩耗性』を持つ」と説明した。^[4]

硬度

純粋なダイヤモンドの<111>面（立方体の最大対角線に垂直）をナノダイヤモンドチップで引っ掻いた場合の硬度は167±6GPaであるのに対し、ナノダイヤモンドサンプル自体はナノダイヤモンドチップで試験した場合、310GPaの値を示す。しかし、この試験は、試験対象サンプルよりも硬い材料で作られたチップでのみ、ひび割れが生じるため適切に機能する。つまり、ナノダイヤモンドの真の硬度は310GPaよりも低い可能性が高い。^[5]ハイパーダイヤモンドはその硬度から、鉱物のモース硬度スケールで10を超える可能性がある。

合成

ADNR（ハイパーダイヤモンド／ナノダイヤモンド）は、フラーレンの同素体炭素固体であるフラーレン粉末を、2つの類似した方法のいずれかで圧縮することによって製造されます。1つはダイヤモンドアンビルセルを使用し、セルを加熱せずに約37GPaの圧力を加えます。^[6]もう1つの方法では、フラーレンを低圧（2～20GPa）で圧縮した後、300～2,500 K（27～2,227 °C）の温度に加熱します。^{[7] [8] [9] [10]}現在ではナノダイヤモンドであったと思われる物質の極めて高い硬度が、1990年代に研究者によって報告されました。^{[5] [6]}この物質は、直径5～20ナノメートル、長さ約1マイクロメートルの、相互に連結したダイヤモンドナノロッドの集合体です。^[要出典]

大きさ約1mmのナノダイヤモンド凝集体は、ロシアのシベリアにあるポピガイ衝突構造のような隕石の衝突によって自然界でもグラファイトから形成されます。 ^[1]

参照

• 科学ポータル

• アダマント – 神話上最も硬い物質
• カーボンナノチューブ – 円筒状のナノ構造を持つ炭素の同素体
• ダイヤモンド – 炭素の形態
• フラーライト – 炭素の同素体リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• ロンズデーライト – 炭素の六方格子同素体
• モース硬度スケール（鉱物硬度）  - 傷つきにくさを特徴付ける定性的な尺度リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 二ホウ化レニウム
• 超硬材料 - ビッカース硬度が40ギガパスカルを超える材料

参考文献

1. 大藤 宏明; 入船 哲夫; コンスタンチン・D・リタソフ; 山下 智治; 磯部 太; ヴァレンチン・P・アファナシエフ; ニコライ・P・ポキレンコ (2015). 「衝突クレーターからの純粋ナノ多結晶ダイヤモンドの自然発生」. Scientific Reports . 5 14702. Bibcode :2015NatSR...514702O. doi :10.1038/srep14702. PMC  4589680. PMID  26424384 .
2. 入船哲夫;栗尾、彩子。坂本静江;井上 亨炭谷仁（2003）． 「材質：グラファイトからなる超硬多結晶ダイヤモンド」。自然。421 (6923): 599–600。書誌コード:2003Natur.421..599I。土井：10.1038/421599b。PMID  12571587。S2CID 52856300  。
3. ドゥブロヴィンスカヤ, ナタリア; ドゥブロヴィンスキー, レオニード; クライトン, ウィルソン; ランゲンホルスト, ファルコ; リヒター, アスタ (2005). 「凝集ダイヤモンドナノロッド, 最も密度が高く圧縮性の低い炭素形態」 .応用物理学論文集. 87 (8): 083106.書誌コード:2005ApPhL..87h3106D. doi :10.1063/1.2034101.
4. Dubrovinskaia, Natalia; Dub, Sergey; Dubrovinsky, Leonid (2006). 「凝集ダイヤモンドナノロッドの優れた耐摩耗性」. Nano Letters . 6 (4): 824–6 . Bibcode :2006NanoL...6..824D. doi :10.1021/nl0602084. PMID  16608291.
5. Blank, V (1998). 「フラーライトC60の超硬質相と超硬質相：硬度と摩耗に関するダイヤモンドとの比較」（PDF） .ダイヤモンドと関連材料. 7 ( 2– 5): 427– 431. Bibcode :1998DRM.....7..427B. CiteSeerX 10.1.1.520.7265 . doi :10.1016/S0925-9635(97)00232-X. 2011年7月21日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 
6. Blank, V; Popov, M; Buga, S; Davydov, V; Denisov, V; Ivlev, A; Marvin, B; Agafonov, V; et al. (1994). 「C ₆₀フラーレンはダイヤモンドよりも硬いか？」Physics Letters A . 188 (3): 281. Bibcode :1994PhLA..188..281B. doi :10.1016/0375-9601(94)90451-0.
7. 中圧下でC ₆₀から得られる超硬質炭素」.合成金属. 70 ( 1–3 ): 1411–1412 . doi :10.1016/0379-6779(94)02900-J.
8. ₆₀の高圧加熱による超硬質炭素相の生成：構造およびラマン散乱による研究」. Physics Letters A. 205 ( 2–3 ) : 208– 216. Bibcode :1995PhLA..205..208B. doi :10.1016/0375-9601(95)00564-J.
9. Szwarc, H; Davydov, V; Plotianskaya, S; Kashevarova, L; Agafonov, V; Ceolin, R (1996). 「圧力と温度の影響下におけるCの化学変化：立方晶Cからダイヤモンドへ」. Synthetic Metals . 77 ( 1– 3): 265– 272. doi :10.1016/0379-6779(96)80100-7.
10. 高圧高温処理における固体C _{60の相転移と3D重合フラーレンの構造」.} Physics Letters A. 220 ( 1–3 ) : 149– 157. Bibcode :1996PhLA..220..149B. doi :10.1016/0375-9601(96)00483-5.

外部リンク

• Physorg.com における集合ダイヤモンドナノロッドの発明
• ジャンドロン、ミシェル（2005年8月26日）「ダイヤモンドは永遠ではない」Physics World誌。2009年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年8月7日閲覧。