Przełom w produkcji diamentów syntetycznych
Diamenty naturalne formują się w górnym płaszczu Ziemi, w warunkach wysokich temperatur (900-1400 stopni Celsjusza) oraz ogromnego ciśnienia (5-6 gigapaskali), a ich powstawanie zajmuje miliardy lat. Ze względu na swoją rzadkość i wartość, diamenty są niezwykle cenione, lecz dzięki ich wyjątkowej twardości i stabilności termodynamicznej, znalazły również zastosowanie w przemyśle. Dlatego konieczne stało się opracowanie metod syntetycznego wytwarzania diamentów.
Mimo że produkcja syntetycznych diamentów jest znana od dekad, gdy w 1955 roku naukowcy z firmy General Electric wprowadzili technologię wysokociśnieniową i wysokotemperaturową, wykorzystując stopiony siarczek żelaza, proces ten nadal wymaga znaczących nakładów. Do tej pory przypuszczano, że diamenty można wytworzyć tylko przy użyciu ciekłych metali i wysokich wartości ciśnienia i temperatury, co wiązało się z koniecznością posiadania “diamentowego nasienia” dla rozwoju kamienia.
Niedawno jednak, w magazynie Nature, zespół z Institute for Basic Science w Korei Południowej zaprezentował przełomową metodę hodowli diamentów w warunkach ciśnienia atmosferycznego i przy umiarkowanej temperaturze, wykorzystując ciekły stop metali.
Ta rewolucyjna technika pozwala na uprawę diamentów przy ciśnieniu 1 atmosfery i temperaturze 1025 stopni Celsjusza, co jest znacząco niższe niż wcześniej stosowane wcześniej 1600 stopni. Co więcej, metoda ta nie wymaga użycia diamentowych “ziaren”. Diamenty formują się samoistnie na powierzchni specjalnie przygotowanej mieszanki metali, takich jak gal, żelazo, nikiel i krzem.
Proces zachodzi w systemie próżniowym z obudową grafitową, co umożliwia szybkie ogrzewanie i schładzanie metali. Okazuje się, że nasycenie węgla z metanu pod powierzchnią ciekłego metalu prowadzi do samoistnego zarodkowania diamentów, które pełnią funkcję “nasion”. Już po 15 minutach tworzą się małe fragmenty diamentowych kryształów, a po około dwóch i pół godzinie mogą one utworzyć ciągłą folię diamentową o grubości kilkuset nanometrów.
Badacze wierzą, że modyfikacje tego procesu pozwolą na hodowlę diamentów na znacznie większych obszarach, co może znacząco wpłynąć na skalowanie produkcji i zastosowania przemysłowe. Dzięki takim innowacjom możliwe będzie szybsze i tańsze wytwarzanie diamentowych “ziaren”, które mogą być wykorzystywane w tradycyjnych metodach hodowli syntetycznych diamentów.
