Almaz (från forntida grekiska ἀδάμας - "oförstörbar") är det svåraste, mest korrosionsbeständiga, det mest värmeledande mineralet, men detta är inte poängen, och inte ens om dess underbara smyckenegenskaper. Låt oss vända oss till Almaz som … framtidens mest värdefulla halvledare, då kommer vi att överväga möjligheterna att få det från ett värmebatteri av gjutjärn, och slutligen kommer vi att förstå att detta värdefulla mineral inte är miljoner år gammalt! Och som mina läsare gissar är väte också nödvändigt här!
Superdiamanter - halvledare
Diamond är en mineral, kubisk allotropisk form av kol. Under normala förhållanden är det metastabilt, det vill säga att det kan existera på obestämd tid. I ett vakuum eller i en inert gas vid förhöjda temperaturer (2000 ° C) förvandlas det gradvis till grafit, i luft brinner diamant ut vid 850-1000 ° C. Det hårdaste, komprimerbara mineralet, den högsta värmeledningsförmågan 900-2300 W / (mK), högt brytningsindex och spridning.
På grund av den resulterande tunngasfilmen har diamant en mycket låg friktionskoefficient mot metall i luften. Sänder ett brett spektrum av elektromagnetiska vågor, börjar glöda under påverkan av röntgen- och katodstrålning. Röntgenluminescens används ofta i praktiken för att utvinna diamanter från stenar. Hög transparens och högt brytningsindex gör att ljusstrålarna återspeglas många gånger i kristallen, vilket skapar ett unikt "ljusspel", vilket gör diamanten till en mest värdefull pärla.
Kampanjvideo:
Varje kolatom i en diamantstruktur är belägen i mitten av en tetrahedron, vars hörn är de fyra närmaste grannarna, vilket förklarar diamantens högsta hårdhet.
På grund av dess tetravalenta struktur kan diamanter användas som ersättare för germanium- och kiselkristaller i halvledare. Om en germaniumtransistor kan användas vid temperaturer upp till 75 ° C, en kiseltransistor - upp till 125 ° C, kan diamanttransistorer användas vid temperaturer upp till 500 ° C! Blå diamanter är oumbärliga för att mäta de minsta temperaturförändringarna med en känslighet på 0,002 ° C, och tillsammans med hög syrabeständighet och värmebeständighet har de inga konkurrenter på detta område!
Ursprunget till diamanter
Diamanter kristalliseras i manteln på ett djup av 200 km eller mer vid ett tryck av 4 GPa och en temperatur av 1000-1300 ° C och transporteras till ytan som ett resultat av explosiva processer som följer bildandet av kimberlitrör.
Små diamanter hittades i meteoriter i betydande mängder. De är av mycket forntida ursprung före solenergi. De bildas också i gigantiska meteoritkratrar, där de omsmälta stenarna innehåller betydande mängder fin kristallin diamant. En välkänd insättning av denna typ är Popigai astroblema i norra Sibirien.
Processen för diamantbildning från hydridjordteoriens synvinkel
Vätet som frigörs från kärnans metallhydrid når den övre manteln, där den reagerar med järn-kolföreningar och förskjuter den senare i dess rena form. Om de yttre förhållandena (tryck och temperatur) överensstämmer, förvandlas kolet till diamant.
Ett illustrativt experiment på odling av diamanter i en vätemiljö arrangerades av vår landsmann V. N. Larin redan på åttiotalet. Vanligtvis produceras konstgjorda diamanter från grafit vid en temperatur av 2000-3000 ° C och ett tryck på 100-200 tusen atmosfärer. Det är väldigt dyrt. Vladimir Nikolaevich utvecklade läget "temperatur-tryck". Han placerade ett stycke av ett gjutjärnsbatteri i en väteatmosfär under en press, där vid en temperatur av 650 ° C väte förträngde fritt kol från gjutjärnet, som förvandlades till diamanter vid ett tryck av 18 tusen atmosfärer.
Resultaten återspeglades i artikeln "Diamonds from a Battery" av V. N. Larin [Spark N22 (4649) från 02.07.2000]
I den beskrivna processen för diamantbildning finns det inga grundläggande meningsskiljaktigheter med den allmänt accepterade vetenskapliga teorin. Förutom själva väteets ursprung, som i klassisk mening betraktas som en sönderfallsprodukt av organiska föreningar. De flesta geologer förknippar bildningen av diamanter i manteln på grund av till exempel förfallet av kolväten: CH4 → C + 2H2, men vi förstår att de subduktionszoner genom vilka organiska ämnen hypotetiskt kan komma in i manteln finns i "Pacific Ring of Fire", och diamantfyndigheter har en helt annan geografi!
Geologiska och geokemiska uppgifter gjorde det möjligt för akademikerna vid den ryska naturvetenskapliga akademin, professor Alexander Portnov, att föreslå en hypotes om ursprunget till diamanthaltiga kimberlitrör när plattformarna "genomträngdes" av jätte-väte-metan "bubblor" i samband med avgasningen av jorden. I detta fall förekommer diamantkristaller inte i manteln utan i rör med en minskning av manteltrycket och partiell oxidation av metan. Till skillnad från lågkvalitetsdiamanter som erhållits för tekniska ändamål från smälta metaller, kännetecknas diamanter från metan av deras renhet och transparens. Det råder ingen tvekan om att De Beers-företaget inte sparat pengar för att köpa intressanta gasfusionsprojekt för att dölja dem i sina kassaskåp för alltid.
Jordiska diamanter är inte miljoner år gamla
Modern vetenskap daterar diamanter till miljoner (några miljarder) år. Men många av dem innehåller isotoper av kol 14 och inne i kristallen!
Som ni vet är radioisotopkol 14C utsatt för β-sönderfall med halveringstid T1 / 2 = 5730 ± 40 år, sönderfallskonstanten λ = 1.20910−4 år - 1
Detta betyder att denna metod inte kan datera händelser som är äldre än tio halveringstider, det visar sig vara cirka 57,5 tusen år (författarna till metoden skrev också om detta). Därför, om vi har några interna (utan externa föroreningar) inneslutningar som innehåller 14C, vare sig det är diamanter, graniter, kol eller förstenat trä, kan vi omedelbart säga att dessa mineraler är mindre än 60 tusen år gamla (annars skulle allt kol 14 ha förfallit helt)!
Naturliga svarta diamanter
Dessa mycket sällsynta monokristaller har verkligen en naturlig svart färg tack vare inneslutningarna av grafit. Men det finns också kristaller med en mörk, tät grå, brun eller grön färg, som i reflekterat ljus kommer att se ut som svart. De är ogenomskinliga eller halvgenomskinliga, oftast med olika inneslutningar som komplicerar deras bearbetning. Men om diamanten har en jämn färg och minimala inre defekter, kan en svart diamant av utmärkt kvalitet erhållas från den.
Svarta karbonadiamanter
Carbonado är en polykristallin formning som bildas av många hårt svetsade små diamanter i en kiselhaltig bas. Vidhäftningen av kristaller är inhomogen, därför har carbonado en porös struktur. Den innehåller grafit- och järnföreningar - hematit och magnetit, som orsakar en mörk färg. Det stora antalet inneslutningar gör carbonado ogenomskinlig. Det ömsesidiga arrangemanget av diamantkristaller reflekterar inte ljus utan absorberar det snarare och berövar bildandet av den berömda diamantglans eller "spelet". De särdragen hos den polykristallina strukturen bestämmer den extraordinära styrkan hos carbonado, i motsats till vanliga diamanter, som är ganska bräckliga.
En grupp amerikanska forskare från Brookhaven National Laboratory, under ledning av Stephen Haggerty och Mark Chance, tror att karbonadoer bildades när en supernova exploderade i vakuum. Forskare har hittat några sällsynta föreningar av titan, kväve och väte i svarta diamantprover, som hittills bara hittats i meteoriter. Föreställ dig: diamantregn över Brasilien och Centralafrikanska republiken, där svarta diamanter nu finns.
Föreställ dig: en supernovaexplosion, kolossalt tryck och … temperatur! Åh, det finns en felaktig matchning, diamanten smälter på bara 4000 grader Celsius. Detta innebär att karbonadbildningszonen var vid periferin av explosionen av stjärnan, men vad sägs om trycket i vakuum?
Är det inte lättare att anta det jordiska ursprunget till carbonado? Ja, det är inte så färgrikt, tyvärr, utan en supernovaexplosion och en diamantmeteurdusch! I en vanlig landlig vulkan, där det alltid finns flöden av metan och väte som härstammar från planetens tarmar, bildas grupper av små diamanter, som i kristallisationsprocessen växer tillsammans till en drusning. Titan, kväve och väte är inte ovanligt i vulkaniska bergarter!
1993 hittades carbonado i avachiter, på den östra sluttningen av vulkanen Avachinsky i Kamchatka. Jag anser att sådana fynd inte är oavsiktliga i markbundna förhållanden, mot bakgrund av VN Larins teori om hydridjord.
Investerande amerikaner, efter att ha analyserat carbonado, bedömde omedelbart möjligheterna att använda superaliamonds i elektronikindustrin som en ersättning för kisel.
En teknik utvecklades för att producera superaliamanter: kemisk avsättning (CVD) från gasfasen vid lågt tryck! Ett litet diamantkorn placeras i en vakuumkammare vid ett tryck under atmosfären, kammaren värms upp, sedan metan pumpas in i den, och sedan, ja, hur kan det vara utan det, väte. Mikrovågor skapas sedan, vilket gör att ett moln av kolatomer frigörs och deponeras på kornet. På detta sätt kan du odla inte bara de vanliga kristallerna, utan också en diamantplatta som är mindre än en millimeter tjock! Dessa plattor leder elektricitet, har unik värmeledningsförmåga och tål höga temperaturer. De gör perfekta mikrokretsar med hög integration och är motståndskraftiga mot överhettning!
Användningsområdet för sådana karbonadmaterial är stort: från icke-bärande konstgjutfogar till nanoresonatorer (basen för all akustisk utrustning) och superchips. Jag är säker på att den framtida generationen datorer kommer att ha en diamantprocessor, inte en kisel, tillverkad med vätteknologi!
Prioriteten att få diamanter från gasfasen och plasma hör till forskargruppen vid Institutet för fysikalisk kemi vid USSR Academy of Sciences (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). De använde en gasmiljö bestående av 95% väte och 5% kolinnehållande gas (propan, acetylen), såväl som högfrekvensplasma koncentrerad på substratet, där diamanten själv bildades (CVD-process). Gastemperatur från + 700 … 850 ° C vid ett tryck 30 gånger mindre än atmosfärisk.
Jag skulle mycket vilja att i denna banbrytande teknik, som är baserad på upptäckterna av våra institutioner och landsmän under 60-90-talet av XX-talet, skulle vi inte hålla oss bakom USA med genomförandet av denna utveckling, som lovar kolossal utdelning!
Författare: Igor Dabakhov