Jak tworzy się diamenty w warunkach laboratoryjnych? Wystarczy 15 minut
Naukowcy odkryli sposób, który pozwala na tworzenie diamentów w laboratorium. Na czym polega?
Czasopismo Nature donosi, że opracowano przełomową metodę wytwarzania diamentów. Nowy sposób obchodzi dotychczasowe ograniczenia technologiczne i jest wstępem do dalszych badań nad wspomnianymi minerałami.
W jaki sposób uczeni wytwarzają diamenty w laboratorium? Potrzeba do tego odpowiedniego ciśnienia i temperatury.
Diamenty z laboratorium
Diament to bardzo rzadki i cenny minerał o wyjątkowej twardości. Jest najtwardszą znaną substancją występującą w przyrodzie. Wykorzystuje się go w przeróżny sposób, w tym w produkcji narzędzi, elementów w aparaturze naukowej i medycznej, ale także w jubilerstwie, skąd jest najbardziej kojarzony przez większość ludzi.
Z racji tego, że diamenty są jednymi z najbardziej cenionych kamieni szlachetnych, ludzie zaczęli wymyślać sposoby, jak tworzyć ten minerał w sztuczny sposób. W naturze większość diamentów powstaje około 150-200 kilometrów pod powierzchnią Ziemi, w części jej płaszcza, gdzie panują wysokie temperatury, przekraczające 1000 stopni Celsjusza i ekstremalnie wysokie ciśnienie. To tam atomy węgla łączą się w unikalną strukturę krystaliczną, tworząc wyjątkowo twarde i błyszczące minerały.
- ZOBACZ – Nowe badania mówią, że tego nigdy nie było na Wenus. Naukowcy: „to smutne, że tak nie jest”
Następnie pozyskiwane są przez człowieka ze złóż, które nazywane są kopalniami diamentów. Po wydobyciu minerały muszą przejść odpowiednie analizy swojej wartości. Od ich jakości i wyglądu zależy, do jakiego przemysłu trafią.
Jak stworzyć diament?
Naukowcy od dawna próbowali odwzorować naturalne warunki formowania się diamentów, stosując wysokie temperatury i ciśnienie. W czasopiśmie Nature opublikowano w tym roku badanie, dotyczące nowej metody tworzenia diamentów. Istnieje sposób na tworzenie tych cennych minerałów w płynnych metalach w temperaturze około 1000 stopni Celsjusza.
Pierwsze diamenty syntetyczne stworzono w 1953 roku w Sztokholmie w zakładzie ASEA, a następnie w 1955 roku w laboratoriach General Electric w temperaturze 1 600°C i ciśnieniu 7 GPa. Jednak odbiegały od kamieni szlachetnych na tyle, że nie nadawały się do produkcji biżuterii.
Z biegiem lat badacze opracowywali udoskonalone metody, dzięki którym udało się wytwarzać diamenty o jakości jubilerskiej.
Z badania wiemy, że nowoczesny sposób obejmuje tworzenie diamentów w stopach płynnych metali (galu, żelaza, niklu i krzemu) przy ciśnieniu atmosferycznym i umiarkowanej temperaturze 1 025°C. Proces ten nie wymaga początkowego kryształu (tzw. zarodka) do wzrostu diamentu.
W artykule naukowym czytamy:
Istnieje model, zgodnie z którym diament może być hodowany przy użyciu ciekłych metali tylko pod wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze. Tutaj opisujemy wzrost kryształów diamentu i polikrystalicznych warstw diamentowych bez cząstek zalążkowych przy użyciu ciekłego metalu, ale pod ciśnieniem 1 atm (atmosfera fizyczna) i w temperaturze 1025 °C, łamiąc ten schemat.
Już po 15 minutach można zauważyć pierwsze kryształy wspomnianego minerału. Naukowcy uważają, że w ich nowym procesie kluczową rolę odgrywa krzem. Bez jego obecności węgiel nie może krystalizować.
Przełomowa metoda
Treść opublikowanego badania sugeruje, że jest to przełomowa metoda, która obchodzi dotychczasowe ograniczenia technologiczne. Otwiera też furtkę do dalszych badań nad tworzeniem diamentów w mniej ekstremalnych warunkach. Proces ma potencjał do skalowania na większą produkcję.
Oznacza to, że po ponad 70 latach od pierwszych prób tworzenia syntetycznych diamentów, ludzie opracowali metodę, która pozwala na wytwarzanie tak cennych i wyjątkowych materiałów, które będą stosowane na szeroką skalę.
Warto zaznaczyć, że diamenty tworzone przez naukowców są pełnoprawnymi kamieniami szlachetnymi, w przeciwieństwie do produktów diamentopodobnych, takich jak na przykład cyrkonie. Z racji tego, że wspomniane minerały są naprawdę drogie, w jubilerstwie często stosuje się tańsze zamienniki. Wśród nich występują: kwarc, głównie kryształ górki, korund, rutyl, spinel czy nawet odpowiednio przygotowane szkło.
Źródła: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07339-7
https://www.earth.com/news/real-diamonds-can-now-be-created-from-scratch-in-the-lab-in-just-15-minutes/
https://pl.wikipedia.org/wiki/Diament
