Oamenii de știință au creat diamante în doar 15 minute cu o tehnică inovatoare

Oamenii de știință au utilizat o nouă tehnică prin care au creat diamante în 15 minute la presiunea normală a atmosferei și fără a folosi un diamant inițial, ceea ce ar putea face ca aceste pietre prețioase să fie mult mai ușor de produs în laborator.

Diamantele naturale se formează în manta Pământului, zona de sub suprafață îngropată la sute de kilometri adâncime. Procesul are loc la presiuni imense, de mai mulți gigapascali, și la temperaturi care depășesc 1.500 grade Celsius.

• Unul din patru copii din lume este în pericol din cauza alimentelor sărace
• Pandemia de COVID-19, minoră în comparație cu bacteriile rezistente la medicamente

Condiții similare sunt folosite în metoda curentă pentru a sintetiza 99% dintre toate diamantele create artificial. Numită creștere la temperaturi și presiuni înalte (HPHT), această metodă folosește condiții extreme pentru a convinge carbonul dizolvat în metale lichide, cum ar fi fierul, să se transforme în diamant în jurul unui mic nucleu, sau diamant inițial.

Cercetătorii au creat diamante în 15 minute în laborator

Cu toate acestea, presiunile și temperaturile înalte sunt dificil de produs și de menținut. În plus, componentele implicate influențează dimensiunea diamantelor, cele mai mari având aproximativ un centimetru cubic, cam cât o afină. În plus, HPHT are nevoie de o săptămână sau două pentru a produce chiar și aceste mici pietre prețioase. O altă metodă, numită depunere chimică de vapori, elimină unele dintre cerințele HPHT, cum ar fi presiunile înalte. Dar altele persistă, cum ar fi necesitatea unor nuclee, explică Live Science.

Noua tehnică prin care cercetătorii au creat diamante în 15 minute elimină unele dintre dezavantajele ambelor procese de sinteză enunțate mai sus.

O echipă condusă de Rodney Ruoff, chimist fizician de la Institutul pentru Științe de Bază din Coreea de Sud, a publicat descoperirile în jurnalul Nature.

Metoda nouă a fost în dezvoltare de mult timp. „De peste un deceniu mă gândesc la noi moduri de a crește diamante, deoarece credeam că ar putea fi posibil să realizăm acest lucru în moduri care ar putea fi neașteptate (după gândirea ‘convențională’)”, a declarat Ruoff.

Cum funcționează noua metodă?

Pentru început, cercetătorii au folosit galiu încălzit electric cu puțin siliciu într-un creuzet de grafit. Galiul poate părea un element neobișnuit, dar a fost ales pentru că un studiu anterior, fără legătură cu cel de față, a arătat că ar putea cataliza formarea de grafen din metan. Grafenul, la fel ca diamantul, este carbon pur, dar conține atomii într-un singur strat, spre deosebire de orientarea tetraedrică a pietrei prețioase.

Cercetătorii au plasat creuzetul într-o cameră special construită, menținută la presiunea atmosferică a nivelului mării, prin care putea fi circulat metan superîncalzit, bogat în carbon. Concepută de coautorul Won Kyung Seong, tot de la Institutul pentru Științe de Bază, această cameră de 9 litri putea fi pregătită pentru experimentare în doar 15 minute, permițându-i echipei să întreprindă rapid runde cu diferite concentrații de metale și gaze.

Prin astfel de ajustări, cercetătorii au constatat că un amestec de galiu-nichel-fier, împreună cu un strop de siliciu, era optim pentru catalizarea creșterii diamantelor. De fapt, cu acest amestec, echipa a obținut diamante de la baza creuzetului după doar 15 minute. În două ore și jumătate, s-a format un film mai complet de diamant. Analize spectroscopice au arătat că acest film era în mare parte pur, dar conținea câțiva atomi de siliciu.

La ce este utilă tehnica prin care oamenii de știință au creat diamante în 15 minute?

Mecanismul detaliat prin care s-au format diamantele este încă în mare parte neclar, dar cercetătorii cred că o scădere a temperaturii conduce carbonul din metan spre centrul creuzetului, unde se coagulează în diamant. În plus, fără siliciu, nu se formează diamante, astfel că cercetătorii cred că acesta ar putea acționa ca un nucleu pentru cristalizarea carbonului.

Totuși, noua metodă are propriile sale provocări. Una dintre probleme este că diamantele crescute prin această tehnică sunt minuscule; cele mai mari sunt de sute de mii de ori mai mici decât cele crescute prin HPHT. Acest lucru le face prea mici pentru a putea fi folosite ca bijuterii.

Alte utilizări potențiale, de exemplu, în aplicații tehnologice mai avansate, cum ar fi lustruirea și forarea, pentru diamantele sintetizate prin noua tehnică sunt neclare. Cu toate acestea, deoarece procesul implică presiuni scăzute, Ruoff a spus că ar putea crește semnificativ sinteza diamantelor.

„În aproximativ un an sau doi, lumea ar putea avea o imagine mai clară despre lucruri precum impactul comercial posibil”, a adăugat el.

Vă recomandăm să citiți și:

A fost creată o nouă formă de aur și este extrem de ciudată

Un joc video popular din anii ’80 a inspirat o invenție surprinzătoare

Cercetătorii de la Harvard au creat lichidul „inteligent”

Cel mai puternic laser din lume se află în România și atinge „un nivel excepțional de performanță”