Diamenty są trudne do zrobienia. Tworzą się w górnym płaszczu Ziemi, około stu mil pod powierzchnią, pod presją miażdżących czaszki i temperatur topnienia skał. Chociaż powielanie tych warunków w laboratorium staje się powszechne, sprzęt do tego jest drogi, a proces może potrwać kilka dni lub tygodni.
powiązana zawartość
- Brakuje nam co najmniej 145 minerałów zawierających węgiel i możesz pomóc je znaleźć
- Starożytne diamenty pochodzą z wody morskiej, a przyszłe diamenty mogą pochodzić z powietrza
- Ta afrykańska roślina prowadzi do depozytów diamentowych
Teraz, po dziesięcioleciach testowania, zespół z North Carolina State University odkrył szybki sposób na wytwarzanie diamentów, który można osiągnąć bez ściskania węgla pod ekstremalnym ciśnieniem lub podgrzewania go konwencjonalnym wypiekiem.
„Konwersja węgla na diament jest od dawna cenionym celem naukowców na całym świecie”, mówi Jagdish Narayan, główny autor artykułu opublikowanego w tym tygodniu w czasopiśmie Journal of Applied Physics .
O dziwo, Narayan i jego zespół w trakcie tworzenia swoich diamentów odkryli także nową fazę węgla, zwaną węglem Q. Ten dziwny materiał jest jeszcze twardszy niż diament, jest magnetyczny i emituje delikatny blask. Oprócz roli w tworzeniu szybszych i tańszych diamentów, Q-carbon może znaleźć zastosowanie w wyświetlaczach elektronicznych i może pomóc w zrozumieniu magnetyzmu na innych planetach.
Zmiana węgla w diament wymaga ogromnej ilości energii, dlatego wcześniej uważano, że tworzą się one tylko w wysokich ciśnieniach i temperaturach, wyjaśnia geofizyk Rebecca Fischer, doktor habilitowany w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej Smithsoniana, który nie był zaangażowany w badania .
Ale według Narayana wszystko przebiega szybko. „Dzięki szybkiemu procesowi możemy zasadniczo oszukać Matkę Naturę” - mówi.
Pod regularnym ciśnieniem w pomieszczeniu zespół wystawił amorficzny węgiel pozbawiony jakiejkolwiek struktury krystalicznej na ekstremalnie krótkie impulsy laserowe. Ogrzało to węgiel do około 6740 stopni Fahrenheita - dla porównania powierzchnia Słońca wynosi około 10 000 stopni Fahrenheita.
Kałuża stopionego węgla została następnie szybko schłodzona lub wygaszona, aby utworzyć twardy nowy węgiel Q.
Inne wersje węgla wykazują bardzo różne właściwości - jak miękki, nieprzezroczysty grafit w porównaniu z twardymi, błyszczącymi diamentami - a Q-węgiel nie jest wyjątkiem. Na przykład, kiedy węgiel się topi, wiązania między atomami skracają się i nie mają czasu na ponowne wydłużenie, gdy materiał nagle się ochładza. To sprawia, że gotowy produkt jest gęstszy i twardszy niż diament.
Jeszcze bardziej ekscytujące jest to, że węgiel Q jest magnetyczny w temperaturze pokojowej - jeden z niewielu magnetycznych materiałów węglowych, jakie kiedykolwiek wyprodukowano. A ze względu na swój specyficzny układ atomowy materiał emituje niewielkie ilości światła. Te właściwości mogą uczynić Q-carbon niezwykle cennym dla przyszłych zastosowań elektronicznych.
Jednak jego natychmiastowe wykorzystanie pomaga w tworzeniu diamentów. Objaśniając, nieznacznie zmieniając szybkość ochładzania się stopionego węgla, naukowcy mogą go wykorzystać do wyhodowania kryształów diamentów w szeregu form, takich jak nanonadki, mikroigły, nanodoty i filmy - wyjaśnia Narayan.
Zbliżenie obrazu przedstawiającego mikrodiamidy wykonane przy użyciu nowej techniki. (Journal of Applied Physics) Proces ten jest niedrogi, częściowo dlatego, że wykorzystuje laser, który jest już popularny w chirurgii laserowej oczu. Ponadto metoda uprawia diamenty w ciągu nanosekund.
„Możemy zrobić karat w około 15 minut”, mówi Narayan.
W tej chwili diamenty są małe - według Narayana największy z nich ma szerokość około 70 mikronów lub mniej więcej szerokość ludzkiego włosa. Jest jednak przekonany, że proces ten można zwiększyć. W tym momencie głównym ograniczeniem wielkości klejnotów jest laser, a szersza wiązka mogłaby tworzyć większe diamenty.
Jednak zamiast produkować duży klejnot, metoda ta jest prawdopodobnie najbardziej obiecująca w przypadku masowej produkcji mniejszych brylantów, mówi Fischer.
Małe diamenty są przydatne w różnych dziedzinach, w tym w elektronice, medycynie i materiałach ściernych, wyjaśnia fizyk Keal Byrne, również doktor habilitowany w muzeum historii naturalnej. „Posiadanie nowego sposobu tworzenia [diamentów] - zwłaszcza takiego, który pozwala uniknąć dużej infrastruktury starych metod - jest świetny”, mówi Byrne.
Zespół skupia się teraz na zrozumieniu intrygujących właściwości węgla Q, a nawet sugeruje, że może to pomóc w wyjaśnieniu pól magnetycznych innych planet, które wydają się nie mieć aktywnych dynama.
Ale Byrne mówi: „To naprawdę interesujące odkrycie, ale musimy się jeszcze wiele nauczyć, zanim zaczniemy testować tego rodzaju teorie. [Ale] co z tego wynika - teraz jest to interesująca część. ”
