Tole vam najbrž zveni kot alkimistični recept: »Vzemi ščepec belega prahu, stisni ga v visokotlačni komori obloženi z diamanti, potem ga prežarči z laserjem in majhen čisti diamant je narejen.«
Nova študija iz Stanfordske univerze in pospeševalnega laboratorija SLAC razkriva, kako je mogoče z ustreznim tlakom in temperaturo ustvariti diamante z vodikom in ogljikovo molekulo iz surove nafte in naravnega plina.
»Ta študija je zanimiva, ker nam razkriva način, da zaobidemo energetske zahteve za formacijo diamantov, ki nam jih nalaga termodinamika,« je povedal Stanfordski geolog Rodney Ewing, soavtor članka objavljenega 21. februarja v Science Advances.
Znanstveniki ustvarjajo diamante v laboratoriju že več kot 60 let, a do sedaj je bilo za nastanek potrebne veliko energije, časa ali pa dodajanje kovinskega katalizatorja, ki je zmanjševal čistost končnega diamanta. »Želeli smo čist sistem, pri katerem se čista substanca spremeni v čisti diamant, brez katalizatorja,« je dejala glavna avtorica študije Sulgiye Park.
Razumevanje mehanizmov te transformacije je pomembno za mnoga področja, saj so diamantove lastnosti – izjemna trdnost, optična prozornost, kemična stabilnost in temperaturna prevodnost – izjemno zaželene v najrazličnejših področjih znanosti in industrije.
»Če lahko izdelamo najmanjše količine tako čistega diamanta, ga lahko kasneje dopiramo na nadzorovan način in dobimo poseben diamant za posebne aplikacije,« je dejala soavtorica Yu Lin iz pospeševalnega laboratorija SLAC.
Naravni recept
V naravi, diamanti kristalizirajo iz ogljika, stotine kilometrov pod površjem Zemlje, kjer temperature dosežejo tisoče stopinj. Večina diamantov, ki jih najdemo v naravi, je na površje prišla z vulkanskimi izbruhi milijone let nazaj, v sebi pa nosijo vzorce mineralov globoko izpod površja. Tako nam diamanti nudijo vpogled v pogoje in materiale globoko v skorji našega planeta. »Diamanti so zabojniki vzorcev iz globin Zemlje,« je dejala Wendy Mao, vodja mineralnega laboratorija. Za sintetizacijo diamantov je ekipa uporabila tri tipe prahu, ki je rahlo lepljiv in brez vonja, ter na pogled podoben kameni soli. Če pogledamo ta prah pod močnim mikroskopom, pa vidimo, da so atomi prahu razporejeni v enako satasto obliko, kot atomi diamantov. Izgleda podobno kot diamantna molekulska struktura nasekljana na lističe debeline ene do treh molekul.
Za razliko od diamanta, ki je čisti ogljik, praški z imenom diamandoidi, vsebujejo tudi vodik. »Če začnemo s temi gradniki, jih lahko ustvarimo hitreje in lažje, lahko pa se tudi veliko naučimo iz premišljenega in celostnega načina izdelave diamantov, ki ne posnema naravnih tlakov in temperatur,« je dodala dr. Mao.
Diamanti pod tlakom
Raziskovalci so vzorce diamandoidov vstavili v komoro v velikosti premera približno 4 cm, imenovano diamantna nakovalna celica, ki je sestavljena iz dveh poliranih diamantnih sten. S pritiskom na gumb, lahko naprava proizvede tlake, ki so prisotni v jedru Zemlje. Naslednji korak je bil segrevanje vzorcev z laserjem, nato pa nabor testov za določitev čistosti in zgradbe nastalega diamanta. »Naše glavno vprašanje je bilo, če struktura ali debelina diamantoidov vpliva na končni diamant,« je dejala Lin. Ugotovili so, da je za proizvodnjo diamanta iz diamantoidov debeline treh molekul, potrebno presenetljivo malo energije.
Pri temperaturi 900° K, ki je temperatura razgrete lave, in pritisku 22 Gpa, se vodik loči od molekul diamantoidov, molekule ogljika pa se združijo v diamantno mrežo. Sprememba se zgodi v delčku sekunde in je direktna, torej molekule ogljika ne spremenijo oblike najprej v kakšno drugo mrežo.
Ker je znotraj celice prostora za zelo majhen vzorec praška, ni mogoče sintetizirati nič večjega od majhnih koščkov diamanta velikosti nekaj mikronov. »Veliko smo se naučili o načinu izdelave čistih diamantov,« je še dejala dr. Mao.
Povzeto po:
https://earth.stanford.edu/news/better-way-build-diamonds#gs.y0kk1v
