Compuesto de diamantes de estructura jerárquica con una dureza excepcional

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología
• La cristalografía

Sus antecedentes:

• La compensación entre dureza y dureza es un desafío importante en la ciencia de los materiales, especialmente para el diamante.
• La nanoestructuración, incluido el nanotwinning, puede mejorar la dureza y la resistencia del diamante.
• La investigación limitada ha explorado estrategias avanzadas de endurecimiento, como compuestos de inspiración biológica, en el diamante.

Objetivo del estudio:

• Para caracterizar un nuevo compuesto de diamantes con una estructura jerárquica.
• Para evaluar las propiedades mecánicas del compuesto, específicamente dureza y tenacidad.
• Para entender los mecanismos de fractura en el compuesto de diamante avanzado.

Principales métodos:

• Caracterización estructural de un compuesto de diamantes ensamblado jerárquicamente.
• Síntesis de politipos de diamantes con estructuras de interfaz coherentes, nanotwines y nanogranos.
• Pruebas mecánicas mediante ensayos de rayos dentados de un solo filo para determinar la dureza de la fractura.

Principales resultados:

• El compuesto de diamante exhibe una mayor dureza (hasta cinco veces la del diamante sintético) sin sacrificar la dureza.
• La propagación de grietas sigue una trayectoria en zigzag a través de nanotwines de diamante 3C, difundiéndose en fracturas sinuosas en interfaces de politipo no 3C.
• La transformación local en diamante 3C cerca de las superficies de fractura y las trayectorias de grietas en zigzag disipan la energía de deformación, aumentando la dureza.

Conclusiones:

• La arquitectura jerárquica en los compuestos de diamantes puede superar la compensación de dureza y dureza.
• Este enfoque ofrece una vía para desarrollar materiales súper duros avanzados y cerámicas de ingeniería.
• El compuesto desarrollado demuestra una dureza superior, superior a la de algunas aleaciones de magnesio.