(出典 nazology.net)



1 しじみ ★ :2020/07/06(月) 05:41:17.52

→五角形の炭素結合の組み合わせで、新しい炭素結晶が構築可能なことが理論的に予言された
→シミュレーション結果では、この炭素結晶はダイヤモンドより軽くて高い強靭性を持つ
→この結果を元に、新しい高硬度材料の開発などが期待される

ダイヤモンドはモース硬度(物質の傷つきにくさ)が最高の10という、天然の物質としては最高クラスの硬さを有する高硬度材料です。

(出典 nazology.net)


この硬さと結晶の美しさから愛の強靭さを示す贈り物としても、研磨・切削用の工業材料としても、世間で幅広くもてはやされています。

けれどこのダイヤモンドは見た目の美しさとは裏腹に、炭などと同じ炭素結晶であることが知られています。炭素は原子価が4つあり、安定して多様な結合を作ることができるのです。

このため材料研究では、古くから興味の対象になっていて、炭素を使ってより扱いやすく強靭な材料を生み出そうとする研究も盛んに行われています。

そして、筑波大学の研究チームは、こうした研究から5つの炭素原始を環状に結合することで、新しい結晶構造が存在可能であることを報告しています。

これは理論的な予想の段階ですが、量子力学に基づくシミュレーションの結果では、この新たな炭素結晶は、ダイヤモンドより軽くて強靭であることが示されていて、「ペンタダイヤモンド」と名付けられています。

この研究論文は、科学誌『Physical Review Letters』に掲載されていますが、その成果の重要性から同誌の「Editors’Suggestion(編集者推薦論文)」に選ばれています。

■ダイヤを超えるダイヤ 「ペンタダイヤモンド」とは?炭素はさまざまな結合形態から多様な構造が存在し、黒鉛やダイヤモンドなど、複数の物質を生み出すことができます。

生命に必要な基本元素としても炭素は重要な存在です。

そして、その構造に強く依存した物性を有するところから材料研究の分野でも注目されています。

炭素結晶は、原子同士の共有結合が極めて強力なため、軽量な高硬度材料を生み出せるとして、さまざまな結晶構造がこれまでも、合成されたり、理論的に予言されたりしてきました。

研究チームは極めて対称性が高い3次元炭素共有結合ネットワークを幾何学的な考察から導き出しました。

(出典 nazology.net)


そして、5角形に並んだ炭素原子がすべての辺を共有させた、3次元構造が構築可能であることを予言したのです。

予言とか言われると、ついスピリチュアルなイメージを持ってしまう人もいるかもしれませんが、科学技術は基本的にまず理論的な予言・予想を行い、そこから実証実験に移るというプロセスを踏んで進化していきます。

そのため、こうした予言は技術が新たな段階へ踏み出すための非常に重要な布石となるものです。

こうして考え出された5角形を基本とした炭素結晶がペンタダイヤモンドです。

(出典 nazology.net)


この構造はダイヤモンドと比べると6割程度の密度しか持たないため、極めて軽い結晶です。

さらに量子力学に基づく物性シミュレーションを行った結果、ペンタダイヤモンドは安定した炭素結晶であり、さらにダイヤモンドの8割に及ぶ体積弾性率(硬さの指標)、1.3倍のヤング率(変形のしにくさ)、1.8倍の剪断弾性係数(鉛直方向の物質の歪みにくさ)を有するとわかりました。

これまでもダイヤモンドより高い弾性率(歪みにくさ、硬さ)を持つ結晶などは提案されてきましたが、トータルでこれだけ高い弾性率を示した炭素結晶は知られていません。

これは、今後合成を目指すべき新しい炭素結晶が示されたことを意味します。ここから炭素物質科学に新たな展開が開かれるかも知れません。

続きはソースで

https://nazology.net/archives/63782



みんなの反応



22 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 10:29:00.98

>>1
ダイヤモンドは硬いけど割れるからね


29 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:16:13.62

>>22
答えにならないなー
結晶並行面切り裂かれるというのが正しいのでは??
最高の強度が有る結晶は三角形もしくは5画形だと言われている
そして5画形の可能性が見えて来たということかなー??


44 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 16:04:17.87

>>1
これはいかついな
理論的に存在できても、現実には存在できるのかな


55 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 17:30:17.12

>>1
カーボンナノチューブなどもそうだけど上手に作ると宝石みたいになるんかな


71 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 21:23:44.29

>>1
結晶と対称性という言葉がでてるなら
なぜ群馬で出ないのか


81 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 01:26:48.21

>>71
出るかもしれんよ


3 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 05:45:51.01

質量が軽いから、先端に使うしかない


5 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 06:13:06.02

包丁研ぐのが楽になるな


6 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 06:36:24.53

斬鉄剣の誕生である


8 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 08:36:26.15

炭素もまだ伸びしろあるんだなぁ
しかし成長しにくそうで欠損多くなりそうな見た目だこと


9 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 08:55:29.95

ダイナモンドでしょ?
30年以上前からあるよ


40 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 13:25:59.04

>>9
30年以上前で間違ってないけど放送は1975-1976年だから、気がつけば45年前と言う事実


10 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 09:08:27.33

カーボンナノチューブなどは実用化された?


11 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 09:12:51.31

ペンタデカングリセイドは
効かなかっかなぁ


12 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 09:30:49.16

熱的に安定だとしても結晶成長させるのが大変そうな構造だな
単純に高温高圧では駄目そうだし、そこら辺を考えていくのがこれからの課題か


13 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 09:31:35.01

安定性は六角形イス型が上


21 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 10:28:11.43

>>13
グラファイトは炭素原子の平面六角形シートをファンデフワールス結合で縦方向に結合したもの
あなたの言うように、シート単位では安定している

>>16
ワイズコフの爺さんは、学術的には劈開性を利用した破断と言うべき加工技術を、70年、ダイヤと寝食を共にすることで身につけた
デューク東郷はその秘密を見抜き、ソロモンの持つギャラクシーオブキンバリーを打ち砕いた


15 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 09:35:47.00

どうせ熱に弱くて使えないんだろ。


17 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 09:58:33.26

ダイヤは使い道ないから商売がセコい
珪素は稼ぎまくってるのに


31 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:37:16.37

>>17
使い道が無いとはどういう意味?
材料としては有用だけど、余りに高価で使い道が研究用途に限られるって言いたいの?
かなり言葉足らずでしょ。


37 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 12:36:23.43

>>31
ダイヤに合成したとこで何にも使えんから宝石として売るだけって意味。
ガラス、半導体みたいに大量に生産しうる用途が無い。


42 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 14:54:36.81

>>37
いや、ヤスリとか削るもので無茶苦茶使われとるがな


45 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 16:13:02.06

>>37
ダイヤなんかそのへんの砥石でも使われてると思うが


46 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 16:15:08.01

>>37
研磨剤としてだけやないんやで?

熱伝導率がやたら高いやんけ
結晶になった高価な板は衛星用の放熱部品とかでも使うがな…
放熱グリスにも混ぜられたりする罠


60 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 20:15:11.20

>>37
炊飯器の釜に使ってる


89 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 12:22:16.37

>>37
耐磨耗としても需要はめちゃめちゃ多いぞ


18 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 10:00:02.18

ペンタダイヤモンドよりさらに硬い炭素結晶を予言しとくわ


24 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 10:52:57.89

マジメに記事を読んだ結果
ヤング率しか頭に残らなかった


43 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 15:52:05.17

>>24
ダイヤモンドはナウいからな


25 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 10:56:07.29

この材料をどうやって加工するんだ


26 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:06:54.01

ダイヤモンドは燃えるというか昇華するけど
この素材もやっぱ流れられんわな


27 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:08:00.84

名前がダサい


28 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:12:36.93

予め小員環にして歪ませておけば弾性率は上がるだろ。

しかしそうであるが故に結晶は決して作れない。

くだらない机上のお遊びだ。


30 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:33:44.42

主水固くなる


32 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:40:17.73

炭素なのに6角形じゃなくて5角形でもイイのん?


35 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 12:12:12.95

>>32
なぜ5角形だとダメだと思った?


33 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 11:46:50.03

ダイヤモンドは燃えるというか昇華するけど
この素材もやっぱ流れられんわな


36 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 12:15:45.75

顕微鏡で一個づつ並べて


39 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 12:50:20.12

スーパーエイジャ的な何かか


41 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 14:16:09.79

普通に掘削用や研磨用の先端材料として工業用途で大量に使われてると思うが


47 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 16:23:03.95

掘削とかも一般的には有名と思うのだがな。ボーリングとかトンネル掘りとかでダイヤが使えないと大変なことになるんだが、
ダイヤと全く無縁の人でもよくテレビや雑誌などでも出てるはずなんだがまるで見たこと無いのだろうか
研磨も含め、人工的に作るダイヤが無かったら、他で代用するにしても硬度が足りないとか時間がかかるとか
費用がバカ高くなるとかで、極めて大きな影響があると思う。


91 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 16:26:25.51

>>47
今回のが実用化されたらトンネルの掘削コスト下がるかな


49 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 16:39:43.82

構造を見れば硬いのは納得だけど、作るの大変そうだなあ

自然には出来なさそうだから、地球外知的生命体の存在証明に良さそうだけど


72 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 21:24:33.72

>>49
まずはシリコンで作って
後からそのシリコンを全部Cに変えればいい
かんたんでしょ


73 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 21:47:36.73

なんで五角形なん?
船こいてるん?


74 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 21:49:15.84

これ外側安定しなくね?
共有してるせいでかえって不安定になってそうなんだけど


76 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 22:07:11.61

ダイヤモンドってカナヅチで叩くと砕けるんでしょ?
ダイヤモンドの硬さって表面に引っかき傷がつかないという硬さなんでしょ。


78 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 22:29:28.45

>>76
心が強ければダイヤモンドは砕けないってジョジョが言ってたぞ


77 名無しのひみつ :2020/07/06(月) 22:27:40.76

ウルツァイト窒化ホウ素より硬いの?


79 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 00:49:33.12

ノーベル賞きたな


80 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 01:23:11.30

なんか不安定そうに見える


84 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 08:55:46.41

硬度が高くてもむしろ割れるからね


85 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 10:07:54.48

それもかなり誤解が多い
一部で思われてるほど割れやすいわけではない
ガラスのように簡単に割れることはない


86 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 11:39:59.71

コンパックスで検索かけてみ
切削工具でダイヤ使われているから


88 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 11:51:47.77

へき開方向でなければそんな簡単には割れんけどね。銃弾ですら弾く
ゴルゴとかでもそういった解説がされてるんだが、話をよく知らずに逆に解釈してる人の何と多いことか


94 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 19:28:06.29

>>88
イギリス王室の王冠を飾るカリナンダイヤは元々、3千百数カラットあったものだが、
ヨーロッパ第一の研磨工兄弟アッシャーが5百カラットにカットする際、3日3晩カリナンを調べ上げ
無事に鑿の一撃でカットした時には、緊張のあまり気絶した
と伝えられている
とあるね


90 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 12:42:03.27

繰り返し構造としては安定なのかもしれんが、表面から崩壊していきそうだな


92 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 18:46:26.00

これまでにも実験室レベルでダイヤ以上の硬度を持つものはあったが、それにしてもこれにしても
今の人造ダイヤよりコスパ優れるとは思えない。多少硬度が上でも費用がかかるのでは


93 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 19:06:56.56

ジルコニアって本物より強く輝くらしいな


95 名無しのひみつ :2020/07/07(火) 21:45:33.90

何年も前から超高圧で生成できるすべての面で通常の3倍の強度を持つハイパーダイヤモンドが存在してるわけだが


96 名無しのひみつ :2020/07/08(水) 19:54:14.05

どんなダイヤよりも、プラズマジェットによるカッターの方が無敵だよ。


97 名無しのひみつ :2020/07/08(水) 20:28:59.93

問題はコスパ
実験室で最強でも意味ない


98 名無しのひみつ :2020/07/08(水) 20:44:19.52

>>97
実験室どころか理論上存在が可能な事が分かったという記事なのですけど


99 名無しのひみつ :2020/07/08(水) 20:52:49.48

96へのレスだから


100 名無しのひみつ :2020/07/08(水) 21:00:28.40

>>99
そういうことか
それなら切削と溶断を比較してる方が的外れだと思うぜ





ダイヤモンドに関する記事⇩


ダイヤモンド(英: diamond [ˈdaɪəmənd])は、炭素(英: Carbon すなわち C)の同素体の1つであり、実験で確かめられている中では天然で最も硬い物質である。日本語で金剛石(こんごうせき)ともいう。ダイヤとも略される。結晶構造は多くが八面体で、十二面体や六面体もある。宝石や研磨
47キロバイト (6,383 語) - 2020年9月5日 (土) 01:10



(出典 image.news.livedoor.com)








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