Almaz (ze starożytnej greki ἀδάμας - „niezniszczalny”) jest najtwardszym, najbardziej odpornym na korozję, najlepiej przewodzącym ciepło minerałem, ale nie o tym będziemy dyskutować, ani nawet o jego wspaniałych właściwościach jubilerskich. Zwróćmy się do Almaza jako … najcenniejszego półprzewodnika przyszłości, wtedy rozważymy możliwości jego uzyskania z żeliwnej baterii grzewczej i wreszcie zrozumiemy, że ten cenny minerał nie ma milionów lat! I jak domyślają się moi czytelnicy, wodór jest tu również niezbędny!
Super diamenty - półprzewodniki
Diament to mineralna, sześcienna alotropowa forma węgla. W normalnych warunkach jest metastabilny, to znaczy może istnieć w nieskończoność. W próżni lub w obojętnym gazie w podwyższonych temperaturach (2000 ° C) stopniowo zmienia się w grafit, w powietrzu diament wypala się w temperaturze 850-1000 ° C. Najtwardszy minerał nieściśliwy, najwyższe przewodnictwo cieplne 900-2300 W / (mK), wysoki współczynnik załamania światła i dyspersja.
Ze względu na powstający cienki film gazowy diament ma bardzo niski współczynnik tarcia o metal w powietrzu. Przekazuje szeroki zakres fal elektromagnetycznych, zaczyna świecić pod wpływem promieniowania rentgenowskiego i katodowego. Luminescencja rentgenowska jest szeroko stosowana w praktyce do wydobywania diamentów ze skał. Wysoka przezroczystość i wysoki współczynnik załamania światła powodują, że promienie światła odbijają się wielokrotnie wewnątrz kryształu, tworząc unikalną „grę światła”, która sprawia, że diament jest najcenniejszym klejnotem.
Film promocyjny:
Każdy atom węgla w strukturze diamentu znajduje się w środku czworościanu, którego wierzchołki są czterema najbliższymi sąsiadami, co wyjaśnia najwyższą twardość diamentu.
Ze względu na swoją czterowartościową strukturę diamenty mogą być stosowane jako substytuty kryształów germanu i krzemu w półprzewodnikach. Jeśli tranzystor germanowy może być używany w temperaturach do 75 ° C, tranzystor krzemowy - do 125 ° C, to tranzystory diamentowe mogą być używane w temperaturach do 500 ° C! Niebieskie diamenty są niezbędne do pomiaru najmniejszych zmian temperatury z czułością 0,002 ° C, a obok wysokiej kwasoodporności i żaroodporności nie mają w tej dziedzinie konkurencji!
Pochodzenie diamentów
Diamenty krystalizują w płaszczu na głębokości 200 km lub więcej pod ciśnieniem 4 GPa i temperaturą 1000-1300 ° C i są przenoszone na powierzchnię w wyniku procesów wybuchowych towarzyszących formowaniu się rur kimberlitowych.
Małe diamenty znaleziono w meteorytach w znacznych ilościach. Mają bardzo starożytne pochodzenie przed słońcem. Tworzą się również w gigantycznych kraterach po meteorytach, gdzie przetopione skały zawierają znaczne ilości drobnego krystalicznego diamentu. Znanym złożem tego typu jest astroblema Popigai na północy Syberii.
Proces formowania się diamentu z punktu widzenia wodorkowej teorii Ziemi
Wodór uwolniony z wodorku metalu rdzenia dociera do górnego płaszcza, gdzie reaguje ze związkami żelaza i węgla, wypierając ten ostatni w czystej postaci. Jeśli warunki zewnętrzne (ciśnienie i temperatura) odpowiadają, to węgiel zamienia się w diament.
Przykładowy eksperyment dotyczący uprawy diamentów w środowisku wodorowym został przeprowadzony przez naszego rodaka V. N. Larina w latach osiemdziesiątych. Zwykle sztuczne diamenty produkowane są z grafitu w temperaturze 2000-3000 ° C i ciśnieniu 100-200 tys. Atmosfer. To jest bardzo drogie. Władimir Nikołajewicz opracował tryb „temperatura-ciśnienie”. Włożyłem kawałek żeliwnej baterii do atmosfery wodorowej pod prasą, gdzie w temperaturze 650 ° C wodór wyparł wolny węgiel z żeliwa, który pod ciśnieniem 18 tysięcy atmosfer zamienił się w diamenty.
Wyniki znalazły odzwierciedlenie w artykule „Diamenty z baterii” V. N. Larin [Spark N22 (4649) od 02.07.2000]
W opisywanym procesie powstawania diamentów nie ma zasadniczych niezgodności z ogólnie przyjętą teorią naukową. Z wyjątkiem pochodzenia samego wodoru, który w klasycznym sensie jest uważany za produkt rozpadu związków organicznych. Większość geologów kojarzy tworzenie się diamentów w płaszczu z powodu, na przykład, rozpadu węglowodorów: CH4 → C + 2H2, ale rozumiemy, że strefy subdukcji, przez które substancje organiczne mogą hipotetycznie przedostawać się do płaszcza, znajdują się w „Pacyficznym Pierścieniu Ognia” oraz złoża diamentów mają zupełnie inną geografię!
Dane geologiczne i geochemiczne pozwoliły naukowcowi Rosyjskiej Akademii Nauk Przyrodniczych, profesorowi Aleksandrowi Portnowowi, wysunąć hipotezę dotyczącą pochodzenia rurek kimberlitowych z diamentami, kiedy platformy są „przebite” przez gigantyczne „bąbelki” wodorowo-metanowe związane z odgazowaniem Ziemi. W tym przypadku kryształy diamentu pojawiają się nie w płaszczu, ale w rurach, przy spadku ciśnienia w płaszczu i częściowym utlenieniu metanu. W odróżnieniu od niskiej jakości diamentów otrzymywanych do celów technicznych ze stopionych metali, diamenty z metanu wyróżniają się czystością i przezroczystością. Nie ma wątpliwości, że firma De Beers nie szczędziła pieniędzy na wykupienie ciekawych projektów syntezy gazu, aby na zawsze ukryć je w swoich sejfach.
Ziemskie diamenty nie mają milionów lat
Współczesna nauka datuje diamenty na miliony (kilka miliardów) lat. Ale wiele z nich zawiera izotopy węgla 14, a wewnątrz kryształu!
Jak wiadomo, radioizotopowy węgiel 14C podlega rozpadowi β z okresem półtrwania T1 / 2 = 5730 ± 40 lat, stała rozpadu λ = 1,20910-4 rok - 1
Oznacza to, że ta metoda nie może datować zdarzeń starszych niż dziesięć okresów półtrwania, okazuje się, że około 57,5 tysiąca lat (pisali o tym również autorzy metody). Dlatego jeśli mamy jakieś wewnętrzne (bez zewnętrznych zanieczyszczeń) wtrącenia zawierające 14C, czy to diamenty, granity, węgiel czy skamieniałe drewno, możemy od razu stwierdzić, że te minerały mają mniej niż 60 tysięcy lat (w przeciwnym razie cały węgiel 14 uległby całkowitemu rozkładowi)!
Naturalne czarne diamenty
Te bardzo rzadkie monokryształy mają naprawdę naturalny czarny kolor dzięki wtrąceniom grafitu. Istnieją jednak również kryształy o ciemnym, gęstym szarym, brązowym lub zielonym kolorze, które w świetle odbitym będą wyglądały jak czarne. Są nieprzejrzyste lub półprzezroczyste, przeważnie z różnymi wtrąceniami, które utrudniają ich obróbkę. Ale jeśli diament ma równomierny kolor i minimalne wady wewnętrzne, można z niego uzyskać czarny diament doskonałej jakości.
Czarne diamenty carbonado
Carbonado to formacja polikrystaliczna utworzona przez wiele ściśle zespawanych drobnych diamentów w krzemionkowej podstawie. Adhezja kryształów jest niejednorodna, dlatego carbonado ma strukturę porowatą. Zawiera grafit i związki żelaza - hematyt i magnetyt, które powodują ciemny kolor. Duża liczba wtrąceń sprawia, że carbonado jest nieprzejrzyste. Wzajemne ułożenie kryształów diamentu nie odbija światła, a raczej je pochłania, pozbawiając powstawania słynnego blasku diamentu, czyli „gry”. Specyfika struktury polikrystalicznej decyduje o niezwykłej wytrzymałości carbonado, w przeciwieństwie do zwykłych diamentów, które są dość kruche.
Grupa amerykańskich naukowców z Brookhaven National Laboratory, kierowana przez Stephena Haggerty'ego i Marka Chance'a, uważa, że karbonada powstały, gdy supernowa eksplodowała w próżni. Badacze odkryli rzadkie związki tytanu, azotu i wodoru w próbkach czarnego diamentu, które do tej pory znajdowano jedynie w meteorytach. Wyobraź sobie: diamentowy deszcz nad Brazylią i Republiką Środkowoafrykańską, gdzie obecnie znajdują się czarne diamenty.
Wyobraź sobie: wybuch supernowej, kolosalne ciśnienie i … temperatura! Och, jest niedopasowanie, diament topi się przy zaledwie 4000 stopni Celsjusza. Oznacza to, że strefa powstawania carbonado znajdowała się na obrzeżach eksplozji gwiazdy, ale co w takim razie z ciśnieniem w próżni?
Czy nie jest łatwiej założyć ziemskie pochodzenie carbonado? Tak, niestety nie jest tak kolorowo bez wybuchu supernowej i roju diamentowych meteorów! W zwykłym ziemskim wulkanie, gdzie z wnętrza planety zawsze wydobywają się metan i wodór, tworzą się grupy małych diamentów, które w procesie krystalizacji wyrastają razem w druzy. Tytan, azot i wodór nie są rzadkością w skałach wulkanicznych!
W 1993 roku stwierdzono karbonado w awachitach na wschodnim zboczu wulkanu Avachinsky na Kamczatce. Uważam, że takie znaleziska nie są przypadkowe w warunkach ziemskich, w świetle Teorii Ziemi Wodorowej VN Larina.
Przedsiębiorczy Amerykanie, po przeanalizowaniu carbonado, natychmiast ocenili perspektywy wykorzystania superaliamentów w przemyśle elektronicznym jako zamiennika krzemu.
Opracowano technologię produkcji superaliamentów: osadzanie chemiczne (CVD) z fazy gazowej pod niskim ciśnieniem! Małe ziarno diamentu umieszcza się w komorze próżniowej pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego, komorę ogrzewa się, następnie wpompowuje się do niej metan, a potem, cóż, jak by to było bez wodoru. Następnie powstają mikrofale, powodując uwolnienie chmury atomów węgla i osadzenie się na ziarnie. W ten sposób możesz wyhodować nie tylko zwykłe kryształy, ale także diamentową płytkę o grubości mniejszej niż milimetr! Płyty te przewodzą prąd, mają wyjątkową przewodność cieplną i wytrzymują wysokie temperatury. Tworzą doskonałe mikroukłady o wysokim stopniu integracji i odporne na przegrzanie!
Dziedzina zastosowania takich materiałów karbonadowych jest szeroka: od niezużywających się sztucznych stawów po nanorezonatory (podstawa wszystkich urządzeń akustycznych) i superchipy. Jestem pewien, że przyszła generacja komputerów będzie miała w swoich sercach procesor diamentowy, a nie silikonowy, wykonany w technologii wodorowej!
Priorytet pozyskiwania diamentów z fazy gazowej i plazmy należy do zespołu naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej Akademii Nauk ZSRR (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Wykorzystali środowisko gazowe składające się w 95% z wodoru i 5% z gazu zawierającego węgiel (propan, acetylen), a także plazmę o wysokiej częstotliwości skoncentrowaną na podłożu, na którym powstaje sam diament (proces CVD). Temperatura gazu od + 700 … 850 ° C przy ciśnieniu trzydziestokrotnie niższym od atmosferycznego.
Bardzo bym chciał, abyśmy w tej przełomowej technologii, opartej na odkryciach naszych instytutów i rodaków z lat 60-90 XX wieku, nie pozostawalibyśmy w tyle za Stanami Zjednoczonymi w realizacji tych rozwiązań, które obiecują kolosalne dywidendy!
Autor: Igor Dabakhov