Almaz (din greaca antică ἀδάμας - „indestructibilă”) este cel mai greu, mai rezistent la coroziune, cel mai termoreductor, dar nu despre asta se va discuta și nici măcar despre minunatele sale proprietăți de bijuterii. Haideți să ne întoarcem la Almaz ca fiind … cel mai valoros semiconductor al viitorului, atunci vom lua în considerare posibilitățile de a-l obține dintr-o baterie de încălzire din fontă și, în final, vom înțelege că acest mineral valoros nu are milioane de ani! Și după cum ghicesc cititorii mei, hidrogenul este indispensabil și aici!
Super diamante - semiconductori
Diamantul este o formă minerală, alotropă cubică de carbon. În condiții normale, este metastabil, adică poate exista la nesfârșit. În vid sau într-un gaz inert la temperaturi ridicate (2000 ° C) se transformă treptat în grafit, în aer, diamantele ard la 850-1000 ° C. Cel mai greu mineral incompresibil, cea mai mare conductivitate termică 900-2300 W / (mK), indice de refracție și dispersie ridicată.
Datorită filmului subțire cu gaz, diamantul are un coeficient de frecare foarte mic față de metalul din aer. Transmite o gamă largă de unde electromagnetice, începe să strălucească sub influența radiațiilor X și a radiațiilor catodice. Luminescenta cu raze X este utilizată pe scară largă în practică pentru a extrage diamante din roci. O transparență ridicată și un indice de refracție ridicat fac ca razele de lumină să fie reflectate de multe ori în interiorul cristalului, creând un „joc de lumină” unic, ceea ce face ca diamantul să fie o bijuterie cea mai valoroasă.
Video promotional:
Fiecare atom de carbon din structura unui diamant este situat în centrul unui tetraedru, ale cărui vârfuri sunt cei patru vecini cei mai apropiați, ceea ce explică cea mai mare duritate a diamantului.
Datorită structurii sale tetravalente, diamantele pot fi utilizate ca înlocuitori pentru germaniu și cristale de siliciu în semiconductori. Dacă un tranzistor germaniu poate fi utilizat la temperaturi de până la 75 ° C, un tranzistor de siliciu - până la 125 ° C, atunci tranzistoarele cu diamant pot fi utilizate la temperaturi de până la 500 ° C! Diamantele albastre sunt indispensabile pentru măsurarea celor mai mici schimbări de temperatură cu o sensibilitate de 0,002 ° C și, împreună cu rezistența ridicată la acid și la căldură, nu au concurenți în această zonă!
Originea diamantelor
Diamantele se cristalizează în manta la o adâncime de 200 km sau mai mult la o presiune de 4 GPa și o temperatură de 1000-1300 ° C și sunt transportate la suprafață ca urmare a proceselor explozive care însoțesc formarea țevilor de kimberlite.
Diamante mici au fost găsite la meteoriți în cantități semnificative. Sunt de origine foarte antică, pre-solară. Se formează, de asemenea, în craterele de meteoriți uriași, unde rocile remelte conțin cantități semnificative de diamant cristalin fin. Un depozit binecunoscut de acest tip este astroblema Popigai din nordul Siberiei.
Procesul de formare a diamantului din punctul de vedere al teoriei Pământului de hidrură
Hidrogenul eliberat din hidrura metalică a miezului ajunge la mantaua superioară, unde reacționează cu compușii fier-carbon, deplasându-l pe acesta din urmă în forma sa pură. Dacă condițiile externe (presiune și temperatură) corespund, atunci carbonul se transformă în diamant.
Un compatibil experiment cu diamante în creștere într-un mediu cu hidrogen a fost pus în scenă de compatriotul nostru V. N. Larin în anii optzeci. De obicei diamante artificiale sunt produse din grafit la o temperatură de 2000-3000 ° C și la o presiune de 100-200 mii atmosfere. Este foarte scump. Vladimir Nikolaevici a dezvoltat modul „temperatură-presiune”. Am pus o bucată dintr-o baterie din fontă într-o atmosferă de hidrogen sub o presă, unde la o temperatură de 650 ° C hidrogenul a deplasat carbonul liber din fontă, care s-a transformat în diamante la o presiune de 18 mii de atmosfere.
Rezultatele au fost reflectate în articolul „Diamante dintr-o baterie” de V. N. Larin [Spark N22 (4649) din 02.07.2000]
În procesul descris de formare a diamantului, nu există dezacorduri fundamentale cu teoria științifică general acceptată. Cu excepția originii hidrogenului în sine, care în sens clasic este considerat un produs de descompunere al compușilor organici. Majoritatea geologilor asociază formarea de diamante în manta datorată, de exemplu, degradării hidrocarburilor: CH4 → C + 2H2, dar înțelegem că zonele de subducție prin care organicii ar putea intra ipotetic în manta sunt situate în „inelul de foc al Pacificului” și zăcămintele de diamante au o geografie complet diferită!
Datele geologice și geochimice au permis academicianului Academiei Ruse de Științe ale Naturii, profesorul Alexander Portnov, să propună o ipoteză despre originea conductelor de kimberlite diamifere atunci când platformele sunt „străpunse” de „bule” gigant de hidrogen-metan asociate cu degazarea Pământului. În acest caz, cristalele de diamant apar nu în manta, ci în țevi, cu o scădere a presiunii mantalei și oxidarea parțială a metanului. Spre deosebire de diamantele de calitate scăzută obținute în scopuri tehnice din metale topite, diamantele din metan se disting prin puritatea și transparența lor. Fără îndoială, compania De Beers nu a economisit bani pentru a cumpăra proiecte interesante de fuziune a gazelor pentru a le ascunde pentru totdeauna în seifurile lor.
Diamantele pământene nu au milioane de ani
Știința modernă datează diamante la milioane (câteva miliarde) de ani. Dar multe dintre ele conțin izotopi de carbon 14, iar în interiorul cristalului!
După cum știți, radioizotopul carbon 14C este supus descompunerii β cu timpul de înjumătățire plasmatică T1 / 2 = 5730 ± 40 ani, constanta de descompunere λ = 1,20910−4 an - 1
Aceasta înseamnă că această metodă nu poate da evenimente mai vechi de zece jumătăți de viață, se dovedește aproximativ 57,5 mii de ani (autorii metodei au scris și despre aceasta). Prin urmare, dacă avem vreo incluziune internă (fără impurități externe) care conține 14C, fie că este vorba de diamante, granite, cărbune sau lemn pietrificat, putem afirma imediat că aceste minerale au mai puțin de 60 de mii de ani (altfel tot carbonul 14 ar fi decăzut complet)!
Diamante negre naturale
Aceste monocristale foarte rare au într-adevăr o culoare naturală neagră datorită incluziunilor de grafit. Cu toate acestea, există și cristale cu o culoare gri închisă, densă, maro sau verde, care în lumina reflectată va părea negru. Sunt opace sau semitransparente, mai ales cu diverse incluziuni care complică prelucrarea lor. Dar dacă diamantul are o culoare uniformă și defecte interne minime, atunci poate fi obținut un diamant negru de o calitate excelentă.
Diamante carbonate negre
Carbonado este o formațiune policristalină formată din multe diamante minuscule bine sudate într-o bază silicioasă. Aderența cristalelor este neomogenă, prin urmare carbonatul are o structură poroasă. Contine grafiti si compusi de fier - hematita si magnetita, care provoaca o culoare inchisa. Numărul mare de incluziuni face ca carbonatul să fie opac. Aranjarea reciprocă a cristalelor de diamant nu reflectă lumina, ci mai degrabă o absoarbe, lipsind formarea celebrului strălucire sau „joc” al diamantului. Particularitățile structurii policristaline determină rezistența extraordinară a carbonatului, spre deosebire de diamantele obișnuite, care sunt destul de fragile.
Un grup de oameni de știință americani de la Brookhaven National Laboratory, condus de Stephen Haggerty și Mark Chance, consideră că carbonado-urile s-au format atunci când o supernova a explodat în vid. Cercetătorii au descoperit niște compuși rari de titan, azot și hidrogen în probe de diamante negre, care până acum au fost găsite doar la meteoriți. Imaginați-vă: ploaie de diamante peste Brazilia și Republica Centrafricană, unde acum se găsesc diamante negre.
Imaginează-ți: o explozie de supernova, presiune colosală și … temperatură! Oh, există o nepotrivire, diamantul se topește la doar 4000 de grade Celsius. Asta înseamnă că zona de formare a carbonatului se afla la periferia exploziei stelei, dar atunci ce zici de presiunea într-un vid?
Nu este mai ușor să presupunem originea terestră a carbonatului? Da, nu este atât de colorat, din păcate, fără o explozie de supernova și un duș de meteoriți cu diamante! Într-un vulcan terestru obișnuit, unde există întotdeauna fluxuri de metan și hidrogen care provin din intestinele planetei, se formează grupuri de diamante mici, care în procesul de cristalizare cresc împreună într-un druse. Titanul, azotul și hidrogenul nu sunt rare în rocile vulcanice!
În 1993, carbonado a fost găsit în avachite, pe versantul estic al vulcanului Avachinsky din Kamchatka. Consider că astfel de descoperiri nu sunt întâmplătoare în condiții terestre, în lumina Teoriei Hidridei a lui VN Larin.
Americanii întreprinzători, după analizarea carbonatului, au evaluat imediat perspectivele utilizării superaliamondelor în industria electronică ca înlocuitor al siliciului.
O tehnologie a fost dezvoltată pentru producerea superaliamondelor: depunerea chimică (CVD) din faza gazoasă la presiune scăzută! Un mic bob de diamant este plasat într-o cameră de vid la o presiune sub atmosferică, camera este încălzită, apoi metanul este pompat în el și apoi, bine, cum ar putea fi fără el, hidrogen. Apoi se creează microunde, determinând eliberarea și depunerea unui nor de atomi de carbon pe bob. În acest fel, puteți crește nu numai cristalele obișnuite, ci și o placă cu diamante mai mică de un milimetru grosime! Aceste plăci conduc electricitatea, au o conductivitate termică unică și rezistă la temperaturi ridicate. Fac microcircuite perfecte, cu un grad ridicat de integrare și rezistente la supraîncălzire!
Domeniul de aplicare a acestor materiale cu carbonadă este larg: de la îmbinări artificiale care nu poartă până la nanoresonatoare (baza tuturor echipamentelor acustice) și superchipuri. Sunt sigur că viitoarea generație de computere va avea în inimile lor un procesor de diamante, nu unul de siliciu, realizat cu ajutorul tehnologiei cu hidrogen!
Prioritatea obținerii de diamante din faza gazoasă și plasmă aparține unei echipe de cercetători de la Institutul de Chimie Fizică al Academiei de Științe a URSS (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Au folosit un mediu gazos format din 95% hidrogen și 5% gaz conținând carbon (propan, acetilenă), precum și plasmă de înaltă frecvență concentrată pe substrat, unde diamantul în sine este format (procedeul CVD). Temperatura gazului de la + 700 … 850 ° C la o presiune de treizeci de ori mai mică decât cea atmosferică.
Mi-ar plăcea foarte mult ca în această tehnologie avansată, care se bazează pe descoperirile institutelor și compatrioților noștri din anii 60-90 ai secolului XX, să nu rămânem în urma Statelor Unite cu implementarea acestor dezvoltări, care promit dividende colosale!
Autor: Igor Dabakhov
