Διαμάντια είναι δύσκολο να γίνει. Σχηματίζονται στο ανώτερο μανδύα της Γης, περίπου εκατό μίλια κάτω από την επιφάνεια, κάτω από τις πιέσεις του θραύσματος του κρανίου και τις θερμοκρασίες τήξης των βράχων. Αν και η αναπαραγωγή αυτών των συνθηκών στο εργαστήριο γίνεται συνηθισμένη, ο εξοπλισμός για να γίνει είναι ακριβός και η διαδικασία μπορεί να διαρκέσει μέρες έως εβδομάδες.
σχετικό περιεχόμενο
- Απουσιάζουμε τουλάχιστον 145 ανθρακούχα ορυκτά και μπορείτε να τα βρείτε
- Τα αρχαία διαμάντια προέρχονται από το θαλασσινό νερό και τα μελλοντικά διαμάντια μπορεί να έρθουν από τον αέρα
- Αυτό το αφρικανικό εργοστάσιο οδηγεί τον δρόμο στις καταθέσεις Diamond
Τώρα, μετά από δεκαετίες δοκιμών, μια ομάδα από το κρατικό πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας ανακάλυψε έναν γρήγορο τρόπο να κατασκευάσει τα διαμάντια που μπορεί να γίνει χωρίς να πιέσει τον άνθρακα υπό ακραίες πιέσεις ή να το θερμάνει με συμβατικό ψήσιμο.
"Η μετατροπή του άνθρακα σε διαμάντι υπήρξε ένας πολύτιμος στόχος για τους επιστήμονες σε όλο τον κόσμο για το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα", λέει ο Jagdish Narayan, επικεφαλής συγγραφέας της εφημερίδας που δημοσιεύθηκε αυτή την εβδομάδα στο Journal of Applied Physics .
Εκπληκτικά, κατά τη διαδικασία της κατασκευής των διαμαντιών τους, ο Narayan και η ομάδα του ανακάλυψαν επίσης μια νέα φάση άνθρακα, που ονομάστηκε Q-άνθρακα. Αυτό το περίεργο υλικό είναι ακόμα πιο σκληρό από το διαμάντι, είναι μαγνητικό και εκπέμπει απαλή λάμψη. Εκτός από τον ρόλο του στην κατασκευή ταχύτερων, φθηνότερων διαμαντιών, ο Q-άνθρακας θα μπορούσε να βρει χρήσεις σε ηλεκτρονικές οθόνες και μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση του μαγνητισμού σε άλλους πλανήτες.
Η μεταβολή του άνθρακα σε διαμάντι απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας και γι 'αυτό θεωρήθηκε ότι σχηματίστηκε μόνο υπό υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες, εξηγεί η γεωφυσική Rebecca Fischer, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Smithsonian που δεν συμμετείχε στην έρευνα .
Αλλά σύμφωνα με Narayan, είναι όλα στην ταχύτητα. "Μέσω της γρήγορης διαδικασίας μπορούμε ουσιαστικά να ξεγελάσουμε τη Μητέρα Φύση», λέει.
Κάτω από την κανονική πίεση του δωματίου, η ομάδα εξέθεσε τον άμορφο άνθρακα, ο οποίος στερείται οποιασδήποτε κρυσταλλικής δομής, σε εξαιρετικά κοντινούς παλμούς λέιζερ. Αυτό θερμαίνει τον άνθρακα μέχρι περίπου 6.740 βαθμούς Φαρενάιτ - για σύγκριση, η επιφάνεια του ήλιου είναι περίπου 10.000 βαθμούς Φαρενάιτ.
Η λακκούβα του λιωμένου άνθρακα στη συνέχεια ψύχθηκε ταχέως ή σβήστηκε, για να σχηματιστεί ο σκληρός νέος Q-άνθρακας.
Άλλες εκδοχές του άνθρακα εμφανίζουν εντελώς διαφορετικές ιδιότητες - όπως μαλακό, αδιαφανές γραφίτη έναντι σκληρών, λαμπερά διαμάντια - και ο Q-άνθρακας δεν αποτελεί εξαίρεση. Όταν ο άνθρακας λιώνει, για παράδειγμα, οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων μειώνονται και δεν έχουν χρόνο να επιμηκυνθούν πάλι καθώς το υλικό ξαφνικά κρυώνει. Αυτό καθιστά το τελικό προϊόν πυκνότερο και σκληρότερο από το διαμάντι.
Ακόμα πιο συναρπαστικό είναι ότι ο Q-άνθρακας είναι μαγνητικός σε θερμοκρασίες δωματίου - ένα από τα λίγα υλικά μαγνητικού άνθρακα που παράγονται ποτέ. Και λόγω της συγκεκριμένης ατομικής του διάταξης, το υλικό εκπέμπει μικρές ποσότητες φωτός. Αυτές οι ιδιότητες θα μπορούσαν να κάνουν τον Q-άνθρακα εξαιρετικά πολύτιμο για τις μελλοντικές ηλεκτρονικές εφαρμογές.
Ωστόσο, η πιο άμεση χρήση του βοηθά στη δημιουργία διαμαντιών. Αλλάζοντας ελαφρώς τους ρυθμούς με τους οποίους ψύχεται ο τετηγμένος άνθρακας, οι επιστήμονες μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να αυξήσουν τους κρυστάλλους των διαμαντιών σε μια δέσμη μορφών, όπως nanoneedles, microneedles, nanodots και ταινίες, εξηγεί ο Narayan.
Μια κοντινή εικόνα που δείχνει μικροδιαμάντια που έγιναν χρησιμοποιώντας τη νέα τεχνική. (Εφημερίδα της Εφαρμοσμένης Φυσικής) Η διαδικασία είναι φθηνή, εν μέρει επειδή χρησιμοποιεί ένα λέιζερ που είναι ήδη δημοφιλές για χειρουργικές επεμβάσεις με λέιζερ. Επιπλέον, η μέθοδος αυξάνει τα διαμάντια σε ένα χρόνο νανοδευτερόλεπτα.
"Μπορούμε να κάνουμε ένα καράτι σε περίπου 15 λεπτά", λέει ο Narayan.
Αυτή τη στιγμή, τα διαμάντια είναι μικρά - η μεγαλύτερη είναι περίπου 70 microns πλάτος, ή περίπου το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας, σύμφωνα με Narayan. Αλλά είναι σίγουρος ότι η διαδικασία μπορεί να κλιμακωθεί. Σε αυτό το σημείο το κύριο όριο στο μέγεθος του gem είναι το λέιζερ, λέει, και η ευρύτερη ακτίνα θα μπορούσε να κάνει μεγαλύτερα διαμάντια.
Αλλά αντί να παράγει ένα μεγάλο κόσμημα, η μέθοδος είναι πιθανότατα πιο ελπιδοφόρα για μαζική παραγωγή μικρότερων δακτυλικών αποτυπωμάτων, λέει ο Fischer.
Τα μικροσκοπικά διαμάντια είναι χρήσιμα σε διάφορους τομείς, όπως η ηλεκτρονική, η ιατρική και τα λειαντικά, εξηγεί ο φυσικός Keal Byrne, επίσης μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο μουσείο φυσικής ιστορίας. "Η ύπαρξη ενός νέου τρόπου δημιουργίας [διαμαντιών] - ειδικά εκείνου που αποφεύγει πολλές από τις υποδομές των παλιών μεθόδων - είναι μεγάλη", λέει ο Byrne.
Η ομάδα επικεντρώνεται τώρα στην κατανόηση των ενδιαφερόντων ιδιοτήτων του Q-άνθρακα, ακόμη και υποδηλώνοντας ότι θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξήγηση των μαγνητικών πεδίων άλλων πλανητών που δεν φαίνεται να έχουν ενεργό δυναμό.
Αλλά υπάρχουν πολλά ακόμα που πρέπει να μάθουμε για να μπορέσουμε να ξεκινήσουμε να δοκιμάζουμε τέτοιες θεωρίες, λέει ο Byrne: "Είναι μια πολύ ενδιαφέρουσα ανακάλυψη. [Αλλά] τι προέρχεται από αυτό - τώρα αυτό είναι το ενδιαφέρον κομμάτι. "
