Ocorrência natural de nano puro

May 19, 2024

Scientific Reports volume 5, Artigo número: 14702 (2015) Citar este artigo

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Corpos consolidados de diamante policristalino com tamanhos de grão inferiores a 100 nm, diamante nanopolicristalino (NPD), foram produzidos experimentalmente por conversão direta de grafite em alta pressão e alta temperatura. O NPD possui dureza, tenacidade e resistência ao desgaste superiores aos diamantes monocristalinos devido às suas nanotexturas peculiares e tem sido usado com sucesso em aplicações industriais e científicas. Tais nanodiamantes sinterizados, entretanto, não foram encontrados em diamantes de manto natural. Aqui identificamos NPD puro natural, que foi produzido por um grande impacto meteorítico há cerca de 35 milhões de anos na Rússia. Os diamantes de impacto consistem em nanocristais equigranulares bem sinterizados (5–50 nm), semelhantes ao NPD sintético, mas com orientação preferencial distinta [111]. Eles se formaram através da transformação martensítica a partir de grafite monocristalino. A fragmentação local induzida por estresse da grafite fonte e a subsequente rápida transformação em diamante na escala de tempo limitada resultam em nucleação múltipla de diamante e supressão do crescimento geral do grão, produzindo a textura nanocristalina única do NPD natural. Espera-se que uma enorme quantidade de NPD natural esteja presente na cratera Popigai, o que é potencialmente importante para aplicações como novo material ultraduro.

O diamante nanopolicristalino (NPD)1,2 sintetizado por conversão direta de grafite contribui para a inovação técnica em usinagem de precisão e fabricação de materiais duros3. A dureza ultra-alta e a resistência mecânica do NPD surgem da própria nanoestrutura bem sinterizada. Previne o desenvolvimento de microclivagem e movimento de deslocamento nos limites dos grãos, aumentando a resistência do volume4, conforme previsto pela relação Hall-Petch5,6. A produção de textura nanopolicristalina com alto PT é, portanto, um avanço de última geração no desenvolvimento de materiais duros e tem sido aplicada também para SiO2 (stishovite)7 e Al2O3 (corindo)8. Aqui, identificamos uma contraparte natural do NPD, que possui microtexturas e mecanismo de formação semelhantes aos do sintético, em diamantes coletados em uma cratera gigante de impacto.

Grande impacto meteorítico ocasionalmente produz diamante como resultado de um evento de choque na superfície da Terra9,10,11,12,13,14,15,16. A cratera Popigai, localizada no centro-norte da Sibéria, na Rússia, é um dos principais hospedeiros desses diamantes de impacto14,15,16. Foi recentemente trazido de volta aos holofotes devido às suas vastas reservas estimadas de diamantes, embora a extensa exploração geológica da estrutura de impacto e a descoberta de diamantes de impacto já tenham sido feitas na década de 197014,15,16. Os diamantes de impacto autigênico ocorrem em gnaisses de granada-biotita contendo grafite chocados e fragmentados (Arqueanos) que são encontrados como inclusões em rochas derretidas por impacto, chamadas tagamitas e suevitas . Eles ocorrem como grãos irregulares a tabulares de tamanho geralmente de 0,5 a 2 mm (até 10 mm) com cores amarelas, cinza ou pretas e às vezes apresentam birrefringência notável . A superfície dos diamantes de maior impacto apresenta padrões de dissolução e corrosão, indicando a experiência de intenso aquecimento e oxidação no fundido por impacto hospedeiro . Estudos anteriores14,15,16,17,18 descreveram que são agregados policristalinos de cristais de diamante de um mícron a submícron. A ocorrência de grãos de diamante apografíticos (pseudomórficos após grafite monocristalino) e a presença de lonsdaleíta, um polimorfo hexagonal do diamante (até 25% do total) na maioria desses grãos implicam sua formação martensítica a partir de grafite bem cristalina. No entanto, apesar destes estudos anteriores, os detalhes da microtextura e das características cristalográficas dos diamantes Popigai não foram claramente identificados (ou seja, as características texturais globais permaneceram obscuras). Na maioria dos casos, observações anteriores por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) foram feitas apenas em escalas locais em amostras trituradas ou diluídas em íons. O presente estudo revela a natureza nanocristalina dos diamantes de impacto Popigai através de observações cuidadosas de TEM em uma série de seções transversais orientadas preparadas usando feixe de íons focados (FIB) e discute o processo único de transformação e texturização do NPD natural.