Diamenty w 150 minut. Naukowcy opracowali nową metodę

Diamenty to rzadkie minerały. To forma czystego węgla, w której atomy ściśle łączą się ze sobą. Rezultatem jest ekstremalna twardość – diamenty są najtwardszą znaną substancją występującą w naturze. Doskonale też przewodzą prąd i ciepło. Wykorzystywane są w komputerach kwantowych i czujnikach magnetycznych, urządzeniach elektrycznych dużej mocy, detektorach promieniowania czy laserach.

Naturalne diamenty powstają w płaszczu Ziemi, setki kilometrów pod powierzchnią, w towarzystwie intensywnego ciśnienia i ogromnych temperatur. Proces ten może trwać miliardy lat. Ale naukowcy potrafią stworzyć syntetyczne ich odpowiedniki, odtwarzając ekstremalne warunki panujące pod powierzchnią. Diamenty stworzone przez człowieka bardzo trudno rozpoznać. Właściwie nie różnią się pod względem fizycznym, optycznym ani składem chemicznym od kamieni kopalnych.

Obecnie najpopularniejsza metoda wytwarzania syntetycznych diamentów wymaga ciśnienia prawie 60 tys. razy większego niż ciśnienie atmosferyczne i temperatur dochodzących do 1600 stopni Celsjusza. To droga metoda. Wymaga też zarodka, na którym będzie rósł nowy diament oraz obecności ciekłych metali.

W artykule opublikowanym na łamach pisma "Nature" naukowcy z Korei Południowej opisali alternatywną metodę hodowania diamentów, które nie wymaga okrutnego ciśnienia i można ją przeprowadzić w nieco niższych temperaturach.

Zespół badaczy z Instytutu Nauk Podstawowych Korei Południowej wyhodował diamenty używając mieszanki ciekłego galu, żelaza, niklu i krzemu, podgrzanej do temperatury 1025 st. Celsjusza i wystawionej na działanie gazów - metanu i wodoru. Nowa metoda nie wymaga stosowania kryształów zarodkowych ani dodatkowego ciśnienia. Badacze wyhodowali diamenty przy ciśnieniu zaledwie jednej atmosfery, czyli normalnym ciśnieniu na poziomie morza.

Dzięki tej metodzie powstają kryształy o średnicy nie większej niż 100 nanometrów – czyli mniej więcej wielkości typowego wirusa, ale badacze mają nadzieję, że w miarę rozwoju tej techniki uda im się tworzyć większe kryształy. Do wytworzenia takich malutkich diamentów potrzeba zaledwie 150 minut.

Do tej pory południowokoreańscy badacze dzięki swojej metodzie stworzyli folię diamentową składającą się z tysięcy maleńkich kryształów ciasno upakowanych koło siebie. Ale folia to nie kamień.

Autorzy nowej metody twierdzą, że proces można ulepszyć. "Sugerujemy, że proste modyfikacje mogłyby umożliwić uprawę diamentów na bardzo dużym obszarze poprzez wykorzystanie większej powierzchni, odpowiednią konfigurację elementów grzewczych w celu osiągnięcia znacznie większego potencjalnego obszaru wzrostu oraz poprzez lepszą dystrybucję węgla do obszaru wzrostu diamentów" - napisali w publikacji.

Modyfikacje te będą wymagały czasu, bo badania nad tym procesem są wciąż na bardzo wczesnym etapie, ale autorzy nowego rozwiązania uważają, że ma ono duży potencjał i że można zastosować inne ciekłe metale, aby uzyskać podobne lub nawet lepsze wyniki.

Proces stosowany obecnie do tworzenia większości syntetycznych diamentów zajmuje kilka dni i wymaga znacznie większego ciśnienia. Jeśli nowa technika sprawdzi się, wytwarzanie diamentów stanie się znacznie szybsze i łatwiejsze.

Źródło: Institute for Basic Science, Science