चीनी वैज्ञानिकों ने बनाया 'अटूट' हीरा — टंगस्टन मिश्र धातुओं से छह गुना अधिक मजबूत

चीनी विज्ञान अकादमी के भौतिकी संस्थान (Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences), Beihang University और अन्य अनुसंधान केंद्रों के वैज्ञानिकों ने बहु-दीवारी कार्बन नैनोट्यूब (multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs) के त्रि-आयामी जाल को बहुक्रिस्टलीय हीरे की संरचना (मैट्रिक्स) में सफलतापूर्वक सम्मिलित किया है। इससे बना सम्मिश्र पदार्थ 91.6 गीगापास्कल (GPa) तक की विकर्स कठोरता बनाए रखता है, जो एकल-क्रिस्टल हीरे के बराबर है, वहीं इसकी औसत भंगुरता-सहनशीलता (फ्रैक्चर टफनेस) 31.9 MPa·m1/2 और अधिकतम मापा गया मान 36.4 MPa·m1/2 है — यह सामान्य एकल-क्रिस्टल हीरे की तुलना में लगभग पांच से छह गुना अधिक है और कई टंगस्टन मिश्रधातुओं की भंगुरता-सहनशीलता से काफी ऊपर है। शोधकर्ताओं ने 0.8–1.3 माइक्रोमीटर (μm) आकार के कणों वाला हीरे का चूर्ण और 10–20 नैनोमीटर (nm) बाहरी व्यास, 5–10 nm आंतरिक व्यास तथा 10–20 μm लंबाई वाले MWCNTs का उपयोग किया। अंतिम सिंटरिंग 15 GPa दाब और लगभग 2000 डिग्री सेल्सियस (°C) पर की गई, जिससे लगभग 3 मिलीमीटर व्यास और 2 मिलीमीटर मोटे बेलनाकार नमूने तैयार हुए। बचे हुए नैनोट्यूब आयतन के केवल लगभग 0.35 प्रतिशत ही घेरते थे, लेकिन उन्होंने हीरे के कणों के बीच एक सतत जाल बना लिया, जो सुदृढ़ीकरण करने वाले रेशों की तरह काम करता है। उच्च दाब के कारण कुछ नैनोट्यूब आंशिक रूप से हीरे में बदल गए और मैट्रिक्स से सहसंयोजक (कोवैलेंट) बंध बना लिए। जब दरारें उत्पन्न होती हैं, तो वे मुड़ने, शाखित होने और दिशा बदलने के लिए मजबूर होती हैं, जिससे अधिक ऊर्जा खर्च होती है; नैनोट्यूब बाहर निकलकर अलग होते कणों के बीच पुल का निर्माण करते हैं। हीरे जैसी कठोरता और उच्च दरार-प्रतिरोध का यह संयोजन इस पदार्थ को घर्षण-रोधी काटने के औजारों, अति-कठोर सिरेमिक तथा उच्च दाब और टक्कर वाले भार सहने वाले पुर्जों — जैसे एयरोस्पेस क्षेत्र में — के लिए अत्यंत आशाजनक बनाता है।