Oamenii de știință cresc diamante de la zero în 15 minute datorită unui nou proces inovator

Oamenii de știință au folosit o nouă tehnică pentru a sintetiza diamante la presiunea atmosferică normală și fără o bijuterie de pornire, ceea ce ar putea face ca pietrele prețioase să fie mult mai ușor de cultivat în laborator.

Diamantele naturale se formează în mantaua Pământului, zona topită a fost îngropată la sute de mile sub suprafața planetei. Procesul are loc sub presiuni extraordinare de câțiva gigapascali și temperaturi arzătoare care depășesc 2.700 de grade Fahrenheit (1.500 de grade Celsius).

Condiții similare sunt folosite în metoda utilizată în prezent pentru a sintetiza 99% din toate diamantele create artificial. Numită creștere la presiune înaltă și la temperatură înaltă (HPHT), această metodă folosește aceste setări extreme pentru a convinge carbon dizolvat în metale lichide, cum ar fi fierul, pentru a-l transforma în diamant în jurul unei mici semințe sau diamant de pornire.

Cu toate acestea, presiunile și temperaturile ridicate sunt dificil de produs și de menținut. În plus, componentele implicate afectează dimensiunea diamantelor, cea mai mare fiind de aproximativ un centimetru cub, sau cam la fel de mare ca o afină. În plus, HPHT are nevoie de un timp destul de lung – o săptămână sau două – pentru a produce chiar și aceste mici pietre prețioase. O altă metodă, numită depuneri chimice de vapori, elimină unele cerințe ale HPHT, cum ar fi presiuni ridicate. Dar altele persistă, precum nevoia de semințe.

Noua tehnică elimină unele dezavantaje ale ambelor procese de sinteză. O echipă condusă de Rodney Ruoffun chimist fizic la Institutul pentru Științe de bază din Coreea de Sud, și-a publicat concluziile pe 24 aprilie în jurnal. Natură.

Legate de: Este posibil ca oamenii de știință să fi identificat adevărata origine a diamantului Hope și a altor pietre prețioase curate

Crezetul de diamante

Metoda inedită a fost de mult timp în devenire. „De peste un deceniu m-am gândit la noi modalități de a cultiva diamante, deoarece am crezut că ar putea fi posibil să obțin acest lucru în moduri neașteptate (după gândirea „convențională”)”, a spus Ruoff pentru Live Science prin e-mail.

Pentru a începe, cercetătorii au folosit galiu încălzit electric cu puțin siliciu într-un creuzet de grafit. Galiul poate părea un element ezoteric, dar a fost selectat deoarece un studiu anterior, fără legătură, a arătat că ar putea cataliza formarea grafen din metan. Grafenul, ca și diamantul, este carbon pur, dar conține atomii într-un singur strat, mai degrabă decât în ​​orientarea tetraedrică a pietrei prețioase.

Cercetătorii au găzduit creuzetul într-o cameră construită în casă, menținută la presiunea atmosferică la nivelul mării, prin care putea fi spălat gazul metan foarte fierbinte, bogat în carbon. Proiectată de co-autorul Won Kyung Seong, de asemenea, de la Institutul pentru Științe de bază, această cameră de 2,4 galoane (9 litri) ar putea fi pregătită pentru experimentare în doar 15 minute, permițând echipei să efectueze rapid curse cu diferite concentrații de metale și gaze. .

Printr-o astfel de ajustare, cercetătorii s-au gândit că un amestec de galiu-nichel-fier – cuplat cu un vârf de siliciu – era optim pentru a cataliza creșterea diamantelor. Într-adevăr, cu acest amestec, echipa a obținut diamante de la baza creuzetului după doar 15 minute. În două ore și jumătate, s-a format un film de diamant mai complet. Analizele spectroscopice au arătat că acest film era în mare parte pur, dar conținea câțiva atomi de siliciu.

Detaliile mecanismului care au format diamantele sunt încă în mare parte neclare, dar cercetătorii cred că o scădere a temperaturii conduce carbonul din metan către centrul creuzetului, unde se unește în diamant. În plus, fără siliciu, nu se formează diamante, așa că cercetătorii cred că poate acționa ca o sămânță pentru ca carbonul să cristalizeze în jur.

Cu toate acestea, noua metodă are propriile provocări. O problemă este că diamantele crescute cu această tehnică sunt mici; cele mai mari sunt de sute de mii de ori mai mici decât cele cultivate cu HPHT. Asta le face prea mici pentru a fi folosite ca bijuterii.

Alte utilizări potențiale – de exemplu, în aplicații mai tehnologice, cum ar fi lustruirea și găurirea – pentru diamantele sintetizate cu noua tehnică sunt neclare. Cu toate acestea, deoarece procesul implică o presiune scăzută, a spus Ruoff, ar putea crește semnificativ sinteza diamantelor.

„În aproximativ un an sau doi, lumea ar putea avea o imagine mai clară a lucrurilor precum posibilul impact comercial”, a adăugat el.

Deepa Jain este un scriitor independent din Bengaluru, India. Educația ei constă dintr-o diplomă de master în biologie de la Institutul Indian de Științe din Bengaluru și o diplomă de licență aproape finalizată în arheologie de la Universitatea din Leicester, Marea Britanie. Îi place să scrie despre astronomie, lumea naturală și arheologie.