Teemante on raske valmistada. Need moodustuvad Maa ülemises vahevöös, umbes sada miili maapinnast, kolju muljumisrõhu ja kivide sulamise temperatuuride all. Ehkki nende tingimuste kordamine laboris on muutumas tavaliseks, on selle tegemiseks vajalik varustus kallis ja protsess võib võtta päevi kuni nädalaid.
Seotud sisu
- Meil on puudu vähemalt 145 süsinikku sisaldavatest mineraalidest ja saate aidata neid leida
- Iidsed teemandid tulid mereveest ja tulevased teemandid võivad tulla õhust
- See Aafrika taim viib tee teemanthoiusteni
Nüüd, pärast aastakümnete pikkuseid katseid, on Põhja-Carolina osariigi ülikooli meeskond avastanud kiire viisi teemantide valmistamiseks, mida saab teha ilma süsinikku äärmise rõhu all pigistamata või seda tavalise küpsetusega kuumutamata.
„Süsiniku teisendamine teemandiks on kogu maailmas olnud teadlaste jaoks kõige pikemat aega hellitatud eesmärk, ” ütleb Jagdish Narayan, sel nädalal ajakirjas Applied Physics avaldatud artikli juhtiv autor.
Hämmastaval kombel avastasid Narayan ja tema meeskond teemantide meisterdamise käigus ka uue süsinikufaasi, mida nimetatakse Q-süsinikuks. See veider materjal on teemandist veelgi karmim, magnetiline ja ergas. Lisaks oma rollile kiiremate ja odavamate teemantide valmistamisel võib Q-süsinik leida kasutusvõimalusi ka elektroonilistes ekraanides ja see võib aidata meil mõista magnetilisust teistel planeetidel.
Süsiniku muutmine teemandiks nõuab tohutult energiat, mistõttu arvati, et need tekivad varem ainult suure rõhu ja temperatuuri tingimustes, selgitas Smithsoniani Riikliku Loodusmuuseumi järeldoktor geofüüsik Rebecca Fischer, kes uuringuga ei tegelenud. .
Kuid Narayani sõnul on see kõik kiirusega. "Kiire protsessi kaudu võime emakese Loodust lollitada, " ütleb ta.
Regulaarse ruumisurve all hoidis meeskond amorfset süsinikku, millel puudub igasugune kristallstruktuur, äärmiselt lühikeste laserimpulssidega. See soojendas süsinikku kuni umbes 6 740 kraadi Fahrenheiti järgi - võrdlusena võib öelda, et päikese pind on umbes 10 000 kraadi Fahrenheiti järgi.
Seejärel jahutati või suleti sulanud süsiniku kogum kiiresti uueks Q-süsinikuks.
Teistel süsiniku versioonidel on tohutult erinevad omadused - näiteks pehme, läbipaistmatu grafiit versus kõvad, sädevad teemandid - ja Q-süsinik pole erand. Näiteks kui süsinik sulab, lühenevad aatomite vahelised sidemed ja materjali äkilise jahtumise korral pole neil aega uuesti pikeneda. See muudab valmistoote teemandist tihedamaks ja raskemaks.
Veel põnevam on see, et Q-süsinik on toatemperatuuril magnetiline - üks väheseid kunagi toodetud magnetilisi süsinikmaterjale. Ja tänu erilisele aatomi paigutusele kiirgab materjal väikeses koguses valgust. Need omadused võivad muuta Q-süsiniku tulevaste elektrooniliste rakenduste jaoks äärmiselt väärtuslikuks.
Selle otsene kasutamine on aga teemantide loomisel abistamine. Sulanud süsiniku jahutamise kiirust pisut muutes saavad teadlased seda kasutada teemantide kristallide kasvatamiseks hunnikuna, näiteks nanoneiitidel, mikronõeltel, nanotükkidel ja filmidel, selgitab Narayan.
Lähivõte, millel on näidatud uue tehnika abil tehtud mikrodimandid. (Rakendusfüüsika Teataja) Protsess on odav, osaliselt seetõttu, et selles kasutatakse laserit, mis on juba silmalaseroperatsioonide jaoks populaarne. Lisaks sellele kasvatatakse meetodil teemante nanosekundites.
"Saame karaatist teha umbes 15 minutiga, " ütleb Narayan.
Praegu on teemandid väikesed - suurim on Narayani sõnul umbes 70 mikroni lai või juustest umbes laius. Kuid ta on kindel, et protsessi saab mastaapida. Sel hetkel on kalliskivide suuruse peamiseks piiriks laser, tema sõnul võiks laiem valgusvihk teha suuremaid teemante.
Kuid selle asemel, et toota suur kalliskivi, on see meetod kõige lootustandvam väiksemate sädemete tootmiseks, ütleb Fischer.
Pisikesed teemandid on kasulikud erinevates valdkondades, sealhulgas elektroonikas, meditsiinis ja abrasiivides, selgitas füüsik Keal Byrne, kes on ka loodusmuuseumi järeldoktor. "On suurepärane viis [teemantide] loomiseks - eriti see, mis väldib palju vanade meetodite infrastruktuuri - suurepärane, " ütleb Byrne.
Meeskond on nüüd keskendunud Q-süsiniku intrigeerivate omaduste mõistmisele, pakkudes isegi välja, et see võiks aidata selgitada teiste planeetide magnetvälju, millel ei näi olevat aktiivset dünamot.
Kuid enne, kui saame hakata selliseid teooriaid proovile panema, on veel palju õppida, ütles Byrne: „See on tõesti huvitav avastus. [Aga] mis sellest tuleb - nüüd on see huvitav osa. "
