Diamanty je těžké vyrobit. Tvoří se v horním plášti Země, zhruba sto mil pod povrchem, pod tlaky lámajícími lebky a teplotami tání hornin. I když se replikace těchto podmínek v laboratoři stává běžnou záležitostí, vybavení k tomu je drahé a proces může trvat dny až týdny.
Související obsah
- Chybí nám nejméně 145 minerálů obsahujících uhlík a můžete je najít
- Starověké diamanty přišly z mořské vody a budoucí diamanty by mohly přijít ze vzduchu
- Tato africká rostlina vede k diamantovým vkladům
Nyní, po desetiletích testování, tým ze Severní Karolíny Státní univerzita objevil rychlý způsob, jak vyrobit diamanty, které lze vyrobit bez vytlačování uhlíku pod extrémním tlakem nebo zahříváním konvenčním pečením.
„Převod uhlíku na diamant byl po dlouhou dobu pro vědce po celém světě cenným cílem, “ říká Jagdish Narayan, hlavní autor článku publikovaného tento týden v časopise Journal of Applied Physics .
Úžasně, v procesu vytváření diamantů, objevil Narayan a jeho tým novou fázi uhlíku, přezdívaného Q-uhlík. Tento bizarní materiál je ještě tvrdší než diamant, je magnetický a vydává jemnou záři. Kromě své úlohy při vytváření rychlejších a levnějších diamantů mohl Q-uhlík najít uplatnění i v elektronických displejích a mohl by nám pomoci pochopit magnetismus na jiných planetách.
Změna uhlíku na diamant vyžaduje obrovské množství energie, a proto se dříve myslelo, že se tvoří pouze za vysokých tlaků a teplot, vysvětluje geofyzik Rebecca Fischer, postdoktorandka Smithsonianova Národního muzea přírodní historie, která se nezúčastnila výzkumu .
Ale podle Narayana je vše v rychlosti. "Díky rychlému procesu můžeme v podstatě oklamat matku přírodu, " říká.
Při pravidelném tlaku v místnosti vystavil tým amorfní uhlík, který postrádá jakoukoli krystalovou strukturu, extrémně krátkým laserovým pulzům. To zahřívá uhlík na zhruba 6 740 stupňů Fahrenheita - pro srovnání, povrch slunce je kolem 10 000 stupňů Fahrenheita.
Kaluže roztaveného uhlíku byla poté rychle ochlazena nebo zhášena, aby vytvořila tvrdý nový Q-uhlík.
Jiné verze uhlíku vykazují velmi odlišné vlastnosti - jako měkké, neprůhledné grafity versus tvrdé, jiskřivé diamanty - a Q-uhlík není výjimkou. Když se například uhlík roztaví, vazby mezi atomy se zkrátí a nemají čas se znovu prodlužovat, protože se materiál náhle ochladí. Díky tomu je hotový produkt hustší a tvrdší než diamant.
Ještě zajímavější je, že Q-uhlík je při pokojové teplotě magnetický - jeden z mála magnetických uhlíkových materiálů, který byl kdy vyroben. A díky svému specifickému atomovému uspořádání vyzařuje materiál malé množství světla. Díky těmto vlastnostem může být Q-uhlík velmi cenný pro budoucí elektronické aplikace.
Jeho bezprostřednější použití však napomáhá vytváření diamantů. Mírnou změnou rychlosti, při které se roztavený uhlík chladí, mohou vědci použít k růstu krystalů diamantů v mnoha formách, jako jsou nanonedle, microneedles, nanodots a filmy, vysvětluje Narayan.
Detailní obrázek ukazující mikrodiamondy vytvořené pomocí nové techniky. (Žurnál aplikované fyziky) Tento proces je levný, částečně proto, že používá laser, který je již oblíbený u laserových očních operací. Kromě toho metoda pěstuje diamanty v řádu nanosekund.
"Můžeme udělat karát asi za 15 minut, " říká Narayan.
Právě teď jsou diamanty malé - největší je podle Narayana široký asi 70 mikronů, nebo zhruba šířka lidských vlasů. Je však přesvědčen, že tento proces lze rozšířit. V tomto bodě je hlavní limit velikosti drahokamu laser, jak říká, a širší paprsek by mohl vytvářet větší diamanty.
Ale místo výroby velkého drahokamu je tato metoda pravděpodobně nejslibnější pro hromadnou výrobu menších prskavek, říká Fischer.
Drobné diamanty jsou užitečné v mnoha oborech, včetně elektroniky, medicíny a brusiva, vysvětluje fyzik Keal Byrne, postdoktorand v přírodovědném muzeu. „Mít nový způsob, jak vytvořit [diamanty] - zejména ten, který se vyhýbá velké infrastruktuře starých metod - je skvělý, “ říká Byrne.
Tým se nyní zaměřuje na pochopení zajímavých vlastností Q-uhlíku, dokonce naznačuje, že by to mohlo pomoci vysvětlit magnetická pole jiných planet, u nichž se zdá, že nemají aktivní dynama.
Ale ještě se toho musíme naučit, než začneme testovat tyto teorie, Byrne říká: „Je to opravdu zajímavý objev. [Ale] co z toho vyplývá - nyní je to zajímavá část. “
