دانشمندان موفق به کشف یک نقص در پروسه تبدیل گرافیت به الماس شدند
معمولا الماس‌ها در قالب دو فرم عرضه می‌شوند: یک ساختار مکعبی شکل که در جواهرسازی از آن استفاده می‌شود و یک شکل شش ضلعی بلوری که لونسدالیت (Lonsdaleite) نامیده می‌شود.
گویا آی تی – دانشمندان متوجه شده‌اند که بر خلاف تصور رایجی که وجود دارد انرژی بسیار بیشتری برای ساخت شکل مکعبی مورد نیاز است؛ این امر موجب شده معمای نحوه‌ی شکل‌گیری لونسدالیت حل شده و پژوهشگران راه‌های ساده‌تری برای ساخت بلورهای محکم‌تر پیدا کنند.
برای ساخت الماس باید فشاری نزدیک به ۲۰ گیگاپاسکال (معادل تقریبا ۲۰۰ هزار فشار اتمسفری) به گرافیت وارد کرد که موجب شکل‌گیری دو آرایش متفاوت از کربن‌ها خواهد شد.
اتم‌های کربن در فشار کمتر از ۲۰ گیگاپاسکال تبدیل به شبکه‌های شش ضلعی می‌شوند و در صورت بیشتر شدن فشار تبدیل به ساختارهای مکعبی شکل خواهند شد.
اما مدل‌های کنونی این طور می‌گویند که در هر دو صورت (فشار کمتر از ۲۰ گیگاپاسکال یا بیشتر از آن) باید شاهد ساختارهای مختلف مکعبی شکل باشیم و همین مساله باعث شده پژوهشگران دانشگاه فودان و دانشگاه شانگهای در چین برای کشف علت این مساله از یک فرآیند مدل‌دهی جدید استفاده کنند.الماس و گرافیت دگرشکل‌هایی از کربن محسوب می‌شوند به این معنی که هر دوی آنها به اشکال مختلف از اتم‌های کربن متصل به هم تشکیل شده‌اند.
در گرافیت هر اتم کربن به سه اتم دیگر متصل شده که این کار منجر به شکل‌گیری ورقه‌هایی لانه زنبوری شکلی به اسم گرافین می‌شود که به راحتی از لایه‌های متصل شده به شکل ورقه ورقه جدا می‌شود. اعمال فشار بسیار زیاد موجب می‌شود این لایه‌ها (ورقه‌ها) به نحوی فشرده شوند که نهایتا منجر به برقراری ارتباط با ورقه‌های مجاور شده و نهایتا لایه‌ها تبدیل به یک قالب ۳بعدی بلوری که با عنوان الماس می‌شناسیم خواهند شد.
این اتفاق به دو شکل اتفاق می‌افتد: در روش اول ورقه‌های گرافین در یک مسیر مشابه قرار گرفته و در روش دوم هر کدام از لایه‌های متوالی در جهتی مخالف یکدیگر قرار داده می‌شوند.
الماس‌های درخشان و صیقل خورده‌ی بسیار زیبایی که در انگشترهای عقد از آنها لذت می‌بریم معمولا با استفاده از این ورقه‌های گرافینی که با ترتیب بسیار دقیقی کنار یکدیگر قرار می‌گیرند ساخته می‌شوند.این نوع الماس به صورت طبیعی در زمانی که ستون‌های مواد معدنی از زیر پوسته‌ی زمین به بالا فوران کرده و تبدیل به یک نوع صخره‌ی آتشین به نام کیمبرلایت می‌شوند، به سطح زمین می‌آید.
الماسی که توسط لایه‌های گرافینی دارای جهت‌های متغیر تشکیل می‌شود الماس شش ضلعی نام دارد؛ این الماس کوچک بوده و به شکل بلورهای زرد-قهوه‌ای دیده می‌شود.
این بلورها لونسدالیت نامیده شده و فوق‌العاده نایاب هستند؛ گاهی اوقات در مکان‌هایی که مورد اصابت شهاب‌سنگ‌های آسمانی قرار می‌گیرند می‌توان آنها را مشاهده کرد.
اما مشکل کجاست؟ پاسخ: مدلی که نحوه‌ی تشکیل الماس را تشریح می‌کند این طور می‌گوید که الماس‌های مکعبی باید در فشارهای زیر ۲۰ گیگاپاسکال و قبل از ایجاد لونسدالیت، تشکیل شوند چرا که تصور رایج این است که برای فشرده کردن ورقه‌های منظم گرافین به شکل یک قالب مکعبی در مقایسه با ساختار شش ضلعی، انرژی کمتری مورد نیاز باشد.
اما اگر شیمیدان‌ها یکی دو معمای کوچک را حل کنند چنین چیزی در عمل اتفاق نخواهد افتاد.
پژوهشگران از یک شبیه‌سازی خاص با نام ”گردش سطحی اتفاقی“ برای مقایسه‌ی شیوه‌های متفاوتی که در آنها اتم‌ها در زمان تغییر شکل گرافیت به الماس قادر به تشکیل حلقه‌های ارتباطی خواهند بود، استفاده می‌کنند؛ ضمنا از این روش برای پیدا کردن اتم‌هایی که دارای آرایش‌هایی میانه با کمترین میزان انرژی تکیه دارند هم استفاده می‌کنند.
به نظر می‌رسد ارتباطات بین یک ورقه‌ی گرافینی و یک بلور لونسدالیت در حال رشد، در مقایسه با ارتباط یک لایه گرافین با یک الماس معکبی ، پایدارتر بوده و کشیدگی کمتری داشته باشد.
این پایداری اضافه شده روی ”سینتیک واکنش“ تاثیر می‌گذارد؛ سینتیک واکنش میزان سرعتی است که در آن یک فرآیند شیمیایی اتفاق می‌افتد. در حقیقت سینتیک واکنش ساختارهای شش ضلعی را ۴۰ برابر از ساختار الماس مکعبی سریع‌تر می‌کند.
به عبارت دیگر، مدل‌های کنونی از یک گام کلید غافل شده‌اند و همین امر منجر به شکل‌گیری این فرض نادرست شده که برای ساخت الماس‌های مکعبی در مقایسه با الماس‌های شش ضلعی، مقدار انرژی کمتری مورد نیاز است؛ در حالی که این طور نیست و عکس این قضیه ساده است.
این پژوهش را می‌توان در حوزه‌هایی غیر از صنعت تولید الماس به کار گرفت مثلا حل مشکلات مشابه در دگرشکلی‌های (allotrope) موجود در جامدات مختلف.
در صنعت، الماس‌ها به خاطر سختی که دارند از اهمیت بسیاری برخوردارند و از این رو لونسدالیت در اوج قرار دارد؛ لونسدالیت در شکل خالص خود ۵۸ برابر سخت‌تر از الماس‌های مکعبی است.
با وجودی که لونسدالیت‌ها قادر به تحمل فشار بسیار زیادی هستند اما تولید آنها به اشکالی که مفید واقع شوند فوق‌العاده دشوار بوده و از این رو بسیار کمیاب‌اند.
اگر چه الماس مکعبی در زندگی روزمره و در وسایل مختلفی استفاده می‌شود اما الماس‌های شش ضلعی هم می‌توانند نقش بسیار مفیدی همانند نمونه‌های معکبی بازی کنند.
اگر چه الماس‌های شش ضلعی را می‌توان در شهاب‌سنگ‌ها پیدا کرد اما پژوهشگران حتی در آزمایشگاه‌ها هم هنوز موفق به تولید بلورهای بزرگ الماس‌های شش ضلعی نشده‌اند. از این رو تقریبا شکی نیست که اگر دانشمندان موفق به تولید بلورهای الماس‌های شش ضلعی شوند احتمالا ارزش آنها بسیار بیشتر از نمونه‌های مکعبی خواهد بود.
از سوی دیگر بعضی از پژوهشگران بر این عقیده‌اند که هر چه اندازه کوچک‌تر باشد مفیدتر خواهد بود؛ آنها به دنبال تولید الماس‌های شش ضلعی به اندازه‌ی نانو هستند و معتقدند این نمونه‌های ریز مقاومت بسیار بیشتری از بلورهای بزرگ‌تر خواهند داشت.
صرفنظر از این که چه الماس‌هایی نیاز داشته باشیم (چه مکعبی و چه شش ضلعی، بزرگ یا کوچک) خوشبختانه اطلاعات دقیق‌تری از نحوه‌ی شکل‌گیری آنها به دست آورده‌ایم.
نتایج این پژوهش در ژورنال جامعه شیمی امریکا در این آدرس منتشر شده‌اند.