Эпоха тонкого контроля над кристаллами, которую в научной фантастике называют «алмазным веком», может быть существенно ближе, чем мы думаем. Все дело в том, что ученые из Института фундаментальных наук в Корее разработали новый способ «выращивания» алмазов при обычном атмосферном давлении.
Традиционно синтетические алмазы производятся при температурах 1 300 — 1 600 градусов Цельсия и давлении в 50 000 атмосфер; на этот процесс уходит от 5 до 12 дней. Это позволяет удовлетворить промышленный спрос на алмазы, необходимые для производства режущих инструментов, а также частично обеспечить ювелиров «драгоценными камнями» разных цветов.
Однако стоимость традиционного получения синтетических алмазов практически сопоставима со стоимостью добычи природных алмазов, и этот факт позволяет горнодобывающей промышленности чувствовать себя достаточно комфортно.
Новый метод позволяет получать алмазы при температуре «всего» 1 025 градусов, что значительно снижает энергозатраты. Ранее считалось, что создание алмазов без высокого давления невозможно, ведь в природе они образуются в недрах Земли под огромным давлением. Но корейские ученые смогли обойти это ограничение, используя жидкий металлический сплав из галлия, железа, никеля и кремния, который в метано-водородной «атмосфере» способствует росту алмазов из углерода, содержащегося в метане. После многочисленных экспериментов по поиску идеального состава сплава было обнаружено, что при 77,75% галлия, 0,25% кремния и по 11% железа и никеля алмазы начинают формироваться на дне сплава.
«Однажды, когда я проводил эксперимент и остудил графитовый тигель, чтобы дать затвердеть металлическому сплаву, я заметил радужный узор на дне застывшего куска, — рассказывает аспирант Ян Гун. — Оказалось, что радужные цвета были вызваны присутствием алмазов!»
Инновационный процесс формирования алмазов занимает от 10 до 15 минут, но через 150 минут рост прекращается. Пока полученные алмазы слишком малы для ювелирной промышленности, но ученые надеются найти способы продлить процесс роста. Точная причина, по которой эта комбинация металлов и газов дает желаемый результат, пока не ясна. Предполагается, что схожесть связей кремния и углерода может быть ключевым фактором, а кластеры углерода, содержащие атомы кремния, потенциально выполняют роль «предшественников алмазов».
Будущее массовое производство вряд ли будет опираться на первую лабораторную версию процесса. Профессор Род Руофф, курирующий исследование, предполагает, что использование металлов с более низкой температурой плавления может сделать процесс еще дешевле или позволит создавать алмазы с особыми оттенками и свойствами за счет легирования.
Это открытие может значительно снизить стоимость искусственных алмазов, сделав их более доступными как для промышленного применения, так и для ювелирной индустрии. «Алмазный век» становится все ближе благодаря человеческой изобретательности и упорству ученых.
Читайте также: Есть ли будущее у алмазных батарей из ядерных отходов?
