Occurrence naturelle de nano pur

May 21, 2024

Scientific Reports volume 5, Numéro d'article : 14702 (2015) Citer cet article

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Des corps consolidés de diamant polycristallin avec une granulométrie inférieure à 100 nm, le diamant nano-polycristallin (NPD), ont été produits expérimentalement par conversion directe de graphite à haute pression et haute température. Le NPD présente une dureté, une ténacité et une résistance à l'usure supérieures aux diamants monocristallins en raison de ses nanotextures particulières et a été utilisé avec succès pour des applications industrielles et scientifiques. De tels nanodiamants frittés n’ont cependant pas été trouvés dans les diamants naturels du manteau. Ici, nous avons identifié un NPD naturel pur, produit par un impact météoritique important il y a environ 35 Ma en Russie. Les diamants d'impact sont constitués de nanocristaux équigranulaires bien frittés (5 à 50 nm), similaires au NPD synthétique, mais avec une orientation préférée distincte [111]. Ils se sont formés par transformation martensitique à partir de graphite monocristallin. La fragmentation locale induite par le stress du graphite source et sa transformation rapide en diamant dans un laps de temps limité entraînent la nucléation de multiples diamants et la suppression de la croissance globale des grains, produisant la texture nanocristalline unique du NPD naturel. Une énorme quantité de NPD naturel devrait être présente dans le cratère Popigai, ce qui est potentiellement important pour des applications en tant que nouveau matériau ultra-dur.

Le diamant nano-polycristallin (NPD)1,2 synthétisé par conversion directe du graphite contribue à l'innovation technique dans l'usinage de précision et la fabrication de matériaux durs3. La dureté et la résistance mécanique ultra-élevées du NPD proviennent de la nanostructure bien frittée elle-même. Il empêche le développement de micro-clivages et de mouvements de dislocation aux joints de grains, améliorant ainsi la résistance globale4, comme le prédit la relation de Hall-Petch5,6. La production d’une texture nano-polycristalline à un PT élevé constitue donc une avancée majeure dans le développement de matériaux durs et a également été appliquée au SiO2 (stishovite)7 et à l’Al2O3 (corindon)8. Ici, nous avons identifié un homologue naturel du NPD, qui présente des microtextures et un mécanisme de formation similaires à ceux du synthétique, dans les diamants collectés dans un cratère d'impact géant.

Un impact météoritique important produit occasionnellement du diamant à la suite d'un choc à la surface de la Terre9,10,11,12,13,14,15,16. Le cratère Popigai, situé dans le centre-nord de la Sibérie, en Russie, est l'un des principaux hôtes de ces diamants d'impact14,15,16. Elle a récemment été remise sous les projecteurs en raison de ses vastes réserves estimées de diamants, bien qu'une exploration géologique approfondie de la structure d'impact et la découverte de diamants d'impact aient déjà été réalisées dans les années 197014,15,16. Les diamants d'impact authigènes se trouvent dans des gneiss à grenat-biotite graphiteux choqués et fragmentés (Archéen) qui se trouvent sous forme d'inclusions dans les roches de fusion par impact, appelées tagamites et suévites14,15,16. Ils se présentent sous forme de grains irréguliers à tabulaires d'une taille généralement de 0,5 à 2 mm (jusqu'à 10 mm) avec des couleurs jaunes, grises ou noires et présentent parfois une biréfringence notable14,15,16. La surface des diamants les plus impactés présente des modèles de dissolution et de corrosion indiquant l’expérience d’un chauffage et d’une oxydation intenses dans la fusion par impact hôte14. Des études antérieures14,15,16,17,18 ont décrit qu'il s'agissait d'agrégats polycristallins de cristaux de diamant allant du micron au submicron. La présence de grains de diamant apographitiques (pseudomorphes après graphite monocristallin) et la présence de lonsdalite, un polymorphe hexagonal du diamant (jusqu'à 25 % de l'ensemble17) dans la plupart de ces grains impliquent leur formation martensitique à partir de graphite bien cristallin. Cependant, malgré ces études antérieures, les détails de la microtexture et les caractéristiques cristallographiques des diamants Popigai n'ont pas été clairement identifiés (c'est-à-dire que les caractéristiques texturales globales sont restées floues). Dans la plupart des cas, les observations antérieures par microscopie électronique à transmission (MET) ont été effectuées uniquement à des échelles locales sur des échantillons broyés ou dilués par des ions. La présente étude révèle la nature nanocristalline des diamants d'impact Popigai grâce à des observations TEM minutieuses sur un certain nombre de sections transversales orientées préparées à l'aide d'un faisceau d'ions focalisé (FIB) et discute du processus unique de transformation et de texturation du NPD naturel.