Забудьте о миллиардах лет: ученые вырастили алмазы всего за 150 минут
Природным алмазам требуются миллиарды лет, чтобы сформироваться в условиях экстремального давления и температуры глубоко под землей. Синтетические формы можно производить гораздо быстрее, но они, как правило, требуют интенсивного сжатия в течение нескольких недель.
Новый метод, основанный на смеси жидких металлов, позволяет получить искусственный алмаз за считанные минуты. , без необходимости гигантского сжатия.
Хотя высокие температуры все еще требовались, в районе 1025°C или 1877°F непрерывная алмазная пленка образовалась за 150 минут и при 1 атм ( или стандартная атмосфера). Это эквивалент давления, которое мы ощущаем на уровне моря, и в десятки тысяч раз меньше давления, которое обычно требуется.
Команда, стоящая за инновационным подходом, возглавляется исследователями из Института фундаментальных наук на Юге. Корея уверена, что этот процесс можно масштабировать, чтобы существенно изменить ситуацию в производстве синтетических алмазов.
Растворение углерода в жидком металле для производства алмазов не является чем-то совершенно новым. Например, компания General Electric полвека назад разработала процесс с использованием расплавленного сульфида железа.
Но эти процессы по-прежнему требовали давления в 5–6 гигапаскалей и алмазного «семени», за которое мог бы прилипнуть углерод.
p>
«Мы открыли метод выращивания алмазов при давлении 1 атм и при умеренной температуре с использованием жидкометаллического сплава», — пишут исследователи в своей опубликованной статье.
Снижение давления было достигнуто с помощью тщательно смешанной смеси жидких металлов: галлия, железа, никеля и кремния. Внутри графитового корпуса была построена изготовленная по индивидуальному заказу вакуумная система, позволяющая очень быстро нагревать, а затем охлаждать металл, пока он подвергается воздействию комбинации метана и водорода.
Эти условия вызывают распространение атомов углерода из метана. в расплавленный металл, действуя как зародыши для алмазов. Уже через 15 минут небольшие фрагменты кристаллов алмаза вылезли из жидкого металла прямо под поверхностью, а в течение двух с половиной часов воздействия образовалась сплошная алмазная пленка.
Хотя концентрация образующегося углерода кристаллы уменьшились на глубину всего в несколько сотен нанометров, исследователи ожидают, что процесс можно улучшить с помощью нескольких настроек.
«Мы предполагаем, что простые модификации могут позволить выращивать алмазы на очень большой площади с помощью увеличить поверхность или границу раздела за счет настройки нагревательных элементов для достижения гораздо большей потенциальной области роста и за счет распределения углерода в области роста алмаза некоторыми новыми способами», — пишут исследователи.
Эти модификации потребуют время, и исследования этого процесса все еще находятся на самых ранних стадиях, но авторы нового исследования считают, что у него большой потенциал – и что можно использовать другие жидкие металлы, чтобы получить аналогичные или даже лучшие результаты.
Процесс, используемый в настоящее время для создания большинства синтетических алмазов, используемых в самых разных промышленных процессах, электронике и даже квантовых компьютерах, занимает несколько дней и требует гораздо большего давления. Если этот новый метод реализует свой потенциал, производство алмазов станет намного быстрее и проще.
«Общий подход с использованием жидких металлов может ускорить и ускорить рост алмазов на различных поверхностях. и, возможно, способствовать росту алмаза на мелких алмазных (затравочных) частицах», — пишут исследователи.
Результат исследования был опубликован в журнале Nature.
