Диамантите са трудни за изработка. Те се оформят в горната мантия на Земята, приблизително на сто мили под повърхността, при натиск за раздробяване на черепа и температури на топене на скали. Въпреки че възпроизвеждането на тези условия в лабораторията се превръща в нещо обичайно, оборудването за това е скъпо и процесът може да отнеме дни до седмици.
Свързано съдържание
- Липсват ни най-малко 145 въглеродни минерали и можете да помогнете да ги намерите
- Древните диаманти, дошли от морската вода, а бъдещите диаманти могат да идват от въздуха
- Това африканско растение води пътя към диамантените депозити
Сега, след десетилетия на тестване, екип от държавния университет в Северна Каролина е открил бърз начин да се направят диаманти, които могат да се направят, без да се изцежда въглерод под екстремно налягане или да се нагрява с конвенционално печене.
„Преобразуването на въглерод в диамант е дългогодишна цел за учените от цял свят за най-дълго време“, казва Джагдиш Нараян, водещ автор на доклада, публикуван тази седмица в „ Журнал за приложна физика“ .
Удивително е, че в процеса на изработката на диамантите си, Нараян и неговият екип също откриха нова фаза на въглерод, наречен Q-въглерод. Този причудлив материал е дори по-твърд от диаманта, магнитен е и излъчва мек блясък. Освен ролята си за създаване на по-бързи, по-евтини диаманти, Q-въглеродът може да намери приложение в електронните дисплеи и може да помогне на нашето разбиране за магнетизма на други планети.
Промяната на въглерода в диамант изисква огромно количество енергия, поради което по-рано се смяташе, че те се образуват само при високо налягане и температура, обяснява геофизикът Ребека Фишер, докторант в Националния природонаучен музей на Смитсониън, който не е участвал в изследванията,
Но според Нараян всичко е в бързината. „Чрез бързия процес можем по същество да заблудим майката природа“, казва той.
При редовно налягане в помещението екипът излага аморфен въглерод, на който липсва всякаква кристална структура, на изключително къси лазерни импулси. Това нагрява въглерода до приблизително 6 740 градуса по Фаренхайт - за сравнение, повърхността на слънцето е около 10 000 градуса по Фаренхайт.
Локвата от разтопен въглен след това бързо се охлажда или гаси, за да се образува новият труден Q-въглерод.
Други версии на карбона показват значително различни свойства - като мек, непрозрачен графит срещу твърди искрящи диаманти - и Q-въглеродът не е изключение. Когато въглеродът се стопи например, връзките между атомите се скъсяват и нямат време да се удължат отново, когато материалът внезапно изстине. Това прави готовия продукт по-плътен и по-твърд от диаманта.
Още по-вълнуващото е, че Q-въглеродът е магнитен при стайна температура - един от малкото магнитни въглеродни материали, произвеждани някога. И поради специфичната си атомна подредба, материалът излъчва малки количества светлина. Тези свойства могат да направят Q-въглерода изключително ценен за бъдещи електронни приложения.
По-непосредствената му употреба обаче помага за създаването на диаманти. Чрез леко промяна на скоростта, с която разтопеният въглерод се охлажда, учените могат да го използват за отглеждане на кристали от диаманти в куп форми, като наноневели, микроигли, нанодоти и филми, обяснява Нараян.
Изображение отблизо, показващо микродиаманти, направени по новата техника. (Списание за приложна физика) Процесът е евтин, отчасти защото използва лазер, който вече е популярен за лазерните очни операции. Освен това методът отглежда диаманти в рамките на наносекунди.
"Можем да направим карат за около 15 минути", казва Нараян.
В момента диамантите са малки - най-големият е приблизително 70 микрона ширина или приблизително ширината на човешката коса, според Нараян. Но той е уверен, че процесът може да бъде увеличен. Към този момент основната граница за размера на скъпоценния камък е лазерът, казва той, а по-широкият лъч може да направи по-големи диаманти.
Но вместо да произвежда голям скъпоценен камък, методът вероятно е най-обещаващ за масовото производство на по-малки бензинови двигатели, казва Фишер.
Малките диаманти са полезни в различни области, включително електроника, медицина и абразиви, обяснява физикът Кийл Бирн, също докторантура в природонаучния музей. „Да имаш нов начин за създаване на [диаманти] - особено този, който избягва голяма част от инфраструктурата на старите методи - е чудесно“, казва Бирн.
Екипът сега е съсредоточен върху разбирането на интригуващите свойства на Q-въглерода, дори предполага, че това може да помогне да се обяснят магнитните полета на други планети, които не изглежда да имат активни динамо.
Но има много повече да научим, преди да можем да започнем да изпитваме тези видове теории, Бирн казва: „Това е наистина интересно откритие. [Но] какво идва от него - сега това е интересната част. "
