考える葦速報

硬さが変わる“可逆ダイヤモンド”
Dave Mosher for National Geographic News
October 14, 2011

　ダイヤモンドの硬さは、永遠に変わらないと考えられてきた。ところが最新の研究によると、
ある種の特殊な構造の炭素分子の場合、圧力の増減に応じてダイヤモンドのように硬くなったり、
グラファイト（黒鉛）のように軟らかくなったりするという。

　天然ダイヤモンドは、地球の奥深くで生み出される炭素同素体の一つだ。炭素同素体には、
比較的軟らかいグラファイト、非常に安定的なバッキーボールやカーボンナノチューブといった
「フラーレン（結合体）」など、さまざまな種類が存在する。

　今回分析された炭素分子構造は、ガラス状の非晶質物質「アモルファスダイヤモンド」。30年
以上前から工場生産されており、化学や電子工学などの分野で利用されている。

　しかし、この物質を高圧下に置いたときにどうなるかはわからなかった。研究チームの一員で
アメリカのワシントンD.C.にあるカーネギー研究所の高圧物理学者、毛河光（マオ・ホークワン）
氏は次のように話す。「グラファイトは常に軟らかく、ダイヤモンドは常に硬い。私たちは、
高圧実験に必要な可逆的な性質を持つ物質を探していたのだ」。

◆可逆ダイヤモンドの仕組み

　ダイヤモンドの硬さの秘密は原子配列にある。ダイヤモンドの中では、炭素原子が互いに
「立体的」に結合しており、がっしりとしたピラミッド状の連続的な結晶構造を形成している。

　一方、グラファイトは軟らかく剥がれやすい。炭素原子が「平面的」に結合し、互いに強く
結び付いていない原子のシートがサンドイッチ状に重なっている構造だからだ。

　毛氏の研究チームが対象とした非晶質の球状同素体も、ほぼ全体にわたって平面的な結合
構造で形成されている。

　しかし、2つのダイヤモンドの小片で挟み込み、地殻の地下数百キロと同じレベルの圧力を
加えると、炭素の結合がダイヤモンドのような立体構造に変化し、結晶性ダイヤモンドに
匹敵する硬度を発揮するようになった。圧力を取り除くと、平面的な結合構造が復活し、
軟らかいガラス状の形態に戻った。

◆加圧速度の増加

　毛氏は、「可逆ダイヤモンドは魅力的な物質で、さまざまな用途に利用できると考え
られる。ただし、商業利用について語るのは時期尚早だ。まだゆっくりと加圧する実験しか
行っていない」と述べる。

　今後は、急速に加圧された場合の硬度変化について研究を進めていくという。例えば、
高速で飛んできた弾丸がぶつかる圧力で、瞬間的に硬化する材料が開発できれば、まったく
新しい防弾チョッキに応用できる。

　また、研究上の利用価値も高い。現在の高圧物理学では2つのダイヤモンドの小片で挟んで
加圧する方法が採用されているが、新物質を活用すれば、さまざまな方向から超高圧を加える
新しい実験が可能になる。「この物質により、高圧物理学の地平が広がるはずだ」。

　今回の研究成果は、「Physical Review Letters」誌に掲載の予定である。

▽記事引用元　　ナショナルジオグラフィック ニュース
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/news_article.php?file_id=20111014002&expand#title

▽画像　　ボツワナで採掘された天然ダイヤモンドの原石

Photograph by Cary Sol Wolinsky, National Geographic

▽関連　　Physical Review Letters　http://prl.aps.org/

それじゃ、硬くなったり軟らかくなったりする身近な物を一つ挙げてくれ

>>2
態度

>>2ち○こ

>>2
栗だと思った。

>>2
最近肩がこって仕方がない

ダイヤモンドなんて人工的にほぼ完璧に作れるんだから当たり前のように思う

>>11

私の場合、硬くなる前に出てしまいます。

ﾀﾞｲｱは衝撃には弱いから防弾チョッキは無理だろ。
重いし。

>>17
研究が進めば、繊維状にして硬度違いのを混ぜて強度を高めたり
他の素材と混ぜて軽量化は可能だと思う。

ダイヤモンドは衝撃を吸収する機構が「共有結合の切断」しかない
「どこか一部が切断されるような力」が加えられると、その均一な構造のため全体が切断されて砕け散る
アモルファスダイヤモンドでは、ミクロの構造が不均一で「弱い部分」と「強い部分」ができる
衝撃が加えられると弱い部分から優先的に共有結合が切断される
衝撃が減衰することで強い部分は守られてマクロな破壊は起こらない
変形が小さければ切断箇所が再びつながることもあるだろう

削り出して成型した後で固くするとか、使いみちはありそうな技術かも。