Nová metoda výroby diamantů obchází vysoké teploty a tlaky a otevírá dveře k jejich výrobě za zlomek stávajících nákladů. Svět jemné křišťálové kontroly nazývaný ve sci-fi Diamantový věk může být blíž, než si myslíme.
Ačkoli víme, jak vyrábět syntetické diamanty od 50. let 20. století, dominantní proces vyžaduje teploty 1 300–1 600 °C (2 400–2 900 °F) a tlak 50 000 atmosfér po dobu 5–12 dní. To pomohlo uspokojit průmyslovou poptávku po diamantech jako řezných nástrojích a poskytlo to barvy, které jsou v přírodě vzácné pro ty, jejichž vkus je takový. Ale náklady na tento proces jsou dostatečně blízko k nalezení přírodních diamantů, ať už pro průmyslové účely nebo čistých drahokamů, že těžební průmysl přežije.
To by se mohlo změnit s oznámením způsobu výroby diamantů při běžném atmosférickém tlaku. Teploty jsou stále vysoké – 1 025 °C (1 877 °F) – ale i to znamená velké úspory ve srovnání s aktuálně požadovaným teplem.
Nízkotlaké diamanty byly považovány za protimluv. Přírodní diamanty jsou vyrobeny v zemském plášti silou kilometrů kůry, která se snáší dolů, a většinou předchází mnohobuněčný život. Syntetická verze používá tekuté kovové katalyzátory, ale tlakový rozsah Gigapascal byl stále považován za významný.
Vědci z Korejského institutu pro základní vědu to však zavrhli a ukázali, že tekutá kovová slitina gallia, železa, niklu a křemíku může pěstovat diamanty bez velkého tlaku v atmosféře vodíku/methanu. Metan poskytuje uhlík, ze kterého diamant roste.
“Tento průlomový průlom byl výsledkem lidské vynalézavosti, neúnavného úsilí a koordinované spolupráce mnoha spolupracovníků,” řekl profesor Rod Ruoff oznámení. Vynechal spoustu pokusů a omylů, které tým z Institutu používal při úpravě mixu kovů a dalších parametrů. I když se výroba samotného diamantu ukazuje jako překvapivě rychlý proces, teprve když tým přešel do menší komory, jejíž příprava zabrala méně než dvanáctinu času, došlo ke skutečnému pokroku.
Nakonec se zjistilo, že když je kapalná slitina tvořena 77,75 procenty gallia podle atomárního množství, 0,25 procenta křemíku a 11 procenty železa a niklu, diamanty rostou u dna kapaliny. Není to vztah, který se objeví hned. Na rozdíl od běžných syntetických diamantů také nejsou vyžadovány částice semen.
„Jednoho dne (…), když jsem provedl experiment a poté ochladil grafitový kelímek, aby ztuhnul tekutý kov, a odstranil jsem ztuhlý tekutý kov, všiml jsem si ‚duhového vzoru‘ rozprostírajícího se na dně tohoto kusu na několik milimetrů. “ řekl postgraduální student Yan Gong „Zjistili jsme, že barvy duhy byly způsobeny diamanty!
Růst diamantu pozorovaný v různých měřítcích a pomocí různých nástrojů (ag) a schéma procesu.
Obrazový kredit: Gong et al/Nature
Proces trvá 10 až 15 minut, než se začnou tvořit diamanty, a růst se zastaví na 150 minutách, ačkoli tým doufá, že najde způsoby, jak to překonat.
Dosud vytvořené diamanty jsou dostatečně malé – spíše film než drahokam –, že diamantové společnosti zatím nemusí panikařit. To se však může změnit, pokud se najdou metody podporující přesycenou uhlíkovou vrstvu, která předchází tvorbě diamantu. Prázdné místo v křemíku, ceněné pro výrobu barevných diamantů, také produkovaných dusíkatými nečistotami, by mohlo učinit produkty ideálními pro kvantové počítačové experimenty.
Proč tato kombinace kovů a plynů poskytuje požadovaný výsledek, stále není zcela pochopeno. Předpokládá se, že podobnost mezi křemíkem a uhlíkovými vazbami může být klíčem, přičemž uhlíkové shluky obsahující atomy křemíku mohou potenciálně sloužit jako diamantové prekurzory.
Hromadná výroba málokdy skončí spoléháním se na první verzi procesu demonstrovanou v laboratoři. Ruoff navrhuje, že různé kovy s nižší teplotou tání by se mohly ukázat jako užitečné, ať už pro zlevnění procesu nebo pro výrobu dopovaných diamantů konkrétních odstínů nebo vlastností.
Studie je publikována v časopise Příroda.
