Almazs (no sengrieķu ἀδάμας - "neiznīcināms") ir cietais, korozijizturīgākais, siltumvadošākais minerāls, taču tam nav jēgas un pat ne par brīnišķīgajām rotaslietu īpašībām. Pievērsīsimies Almaz kā … visvērtīgākajam nākotnes pusvadītājam, tad mēs apsvērsim iespējas to iegūt no čuguna sildīšanas akumulatora, un, visbeidzot, mēs sapratīsim, ka šis vērtīgais minerāls nav miljoniem gadu vecs! Un kā mani lasītāji uzminēja, arī ūdeņradis šeit ir neaizstājams!
Superdimanti - pusvadītāji
Dimants ir minerāla, kubiska alotropiska oglekļa forma. Normālos apstākļos tas ir metastable, tas ir, tas var pastāvēt bezgalīgi. Vakuumā vai inertajā gāzē paaugstinātā temperatūrā (2000 ° C) tas pakāpeniski pārvēršas grafītā, gaisā dimants izdeg 850-1000 ° C temperatūrā. Viscietākais nesaspiežamais minerāls, ar augstāko siltumvadītspēju 900–2300 W / (mK), ar augstu refrakcijas koeficientu un izkliedi.
Iegūtās plānas gāzes plēves dēļ dimantam ir ļoti mazs berzes koeficients pret metālu gaisā. Pārraida plašu elektromagnētisko viļņu diapazonu, sāk mirdzēt rentgena un katoda starojuma ietekmē. Rentgenstaru luminiscence tiek plaši izmantota praksē, lai dimantu iegūtu no akmeņiem. Augsta caurspīdīguma un augsta refrakcijas koeficienta dēļ gaismas stari daudzkārt tiek atspoguļoti kristāla iekšpusē, radot unikālu "gaismas spēli", kas dimantu padara par visvērtīgāko dārgakmeni.
Reklāmas video:
Katrs oglekļa atoms dimanta struktūrā atrodas tetraedra centrā, kura virsotnes ir četras tuvākās kaimiņvalstis, kas izskaidro dimanta augstāko cietību.
Trīsvērtīgās struktūras dēļ dimantus var izmantot kā germānija un silīcija kristālu aizstājējus pusvadītājos. Ja germānijas tranzistoru var izmantot temperatūrā līdz 75 ° C, silīcija tranzistoru - līdz 125 ° C, tad dimanta tranzistorus var izmantot temperatūrā līdz 500 ° C! Zilie dimanti ir nepieciešami, lai izmērītu vismazākās temperatūras izmaiņas ar jutību 0,002 ° C, un līdz ar augstu skābes izturību un karstumizturību viņiem šajā jomā nav konkurentu!
Dimantu izcelsme
Dimanti apvalkā kristalizējas vismaz 200 km dziļumā ar spiedienu 4 GPa un ar temperatūru 1000–1300 ° C, un tie tiek nogādāti virsmā sprādzienbīstamu procesu rezultātā, kas pavada kimberlīta cauruļu veidošanos.
Meteorītos ievērojamā daudzumā tika atrasti mazi dimanti. Viņiem ir ļoti sena izcelsme pirms saules enerģijas. Tie veidojas arī milzu meteorīta krāteros, kur pārkausētie ieži satur ievērojamu daudzumu smalka kristāliska dimanta. Plaši pazīstama šāda veida atradne ir Popigai astroblema Sibīrijas ziemeļos.
Dimanta veidošanās process no Zemes hidrīda teorijas viedokļa
Ūdeņradis, kas izdalās no serdes metāla hidrīda, sasniedz augšējo apvalku, kur tas reaģē ar dzelzs-oglekļa savienojumiem, izslēdzot pēdējo tīrā veidā. Ja ārējie apstākļi (spiediens un temperatūra) atbilst, ogleklis pārvēršas par dimantu.
Ilustratīvu dimantu audzēšanas eksperimentu ūdeņraža vidē mūsu tautietis V. N. Larins iesāka astoņdesmitajos gados. Parasti mākslīgos dimantus ražo no grafīta 2000-3000 ° C temperatūrā un 100-200 tūkstošu atmosfēru spiedienā. Tas ir ļoti dārgi. Vladimirs Nikolajevičs izstrādāja "temperatūras spiediena" režīmu. Čuguna akumulatora gabalu es ievietoju ūdeņraža atmosfērā zem preses, kur 650 ° C temperatūrā ūdeņradis no čuguna izspieda brīvo oglekli, kas 18 tūkstošu atmosfēras spiedienā pārvērtās dimantos.
Rezultāti tika atspoguļoti V. N. rakstā "Dimanti no akumulatora". Larina [Spark N22 (4649) no 02.07.2000.]
Aprakstītajā dimantu veidošanās procesā nav būtisku domstarpību ar vispārpieņemto zinātnisko teoriju. Izņemot pašu ūdeņradi, kas klasiskajā izpratnē tiek uzskatīts par organisko savienojumu sabrukšanas produktu. Lielākā daļa ģeologu saista dimantu veidošanos mantijā, piemēram, ogļūdeņražu sabrukšanas dēļ: CH4 → C + 2H2, taču mēs saprotam, ka subdukcijas zonas, caur kurām organiskās vielas hipotētiski varētu iekļūt mantijā, atrodas “Klusā okeāna uguns gredzenā”, un dimantu atradnēm ir pilnīgi atšķirīga ģeogrāfija!
Ģeoloģiskie un ģeoķīmiskie dati ļāva Krievijas Dabaszinātņu akadēmijas akadēmiķim profesoram Aleksandram Portnovam ierosināt hipotēzi par rombveida Kimberlīta cauruļu izcelsmi, kad platformas “caururbj” milzu ūdeņraža un metāna “burbuļi”, kas saistīti ar Zemes atgāzēšanu. Šajā gadījumā dimanta kristāli parādās nevis mantijā, bet caurulēs, samazinoties mantijas spiedienam un daļējai metāna oksidācijai. Atšķirībā no zemas kvalitātes dimantiem, kas tehniskiem nolūkiem iegūti no kausētiem metāliem, dimantiem no metāna izceļas ar tīrību un caurspīdīgumu. Nav šaubu, ka uzņēmums De Beers nav ietaupījis naudu, lai iegādātos interesantus gāzes saplūšanas projektus, lai tos mūžīgi paslēptu seifos.
Zemes dimanti nav miljoniem gadu veci
Mūsdienu zinātne dimantiem datē miljonus (dažus miljardus) gadu. Bet daudzi no tiem satur 14 oglekļa izotopus un kristāla iekšpusē!
Kā jūs zināt, 14C radioizotopu ogleklis tiek pakļauts β sabrukšanai ar pussabrukšanas periodu T1 / 2 = 5730 ± 40 gadi, sabrukšanas konstante λ = 1,20910−4 gads - 1
Tas nozīmē, ka šī metode nevar datēt notikumus, kas ir vecāki par desmit pusperiodiem, izrādās, apmēram 57,5 tūkstoši gadu (par to rakstīja arī metodes autori). Tāpēc, ja mums ir kādi iekšējie (bez ārējiem piemaisījumiem) ieslēgumi, kas satur 14C, neatkarīgi no tā, vai tie ir dimanti, granīti, ogles vai pārakmeņota koksne, mēs varam uzreiz apgalvot, ka šie minerāli ir jaunāki par 60 tūkstošiem gadu (pretējā gadījumā viss ogleklis 14 būtu pilnībā sabojājies)!
Dabiski melnie dimanti
Pateicoties grafīta ieslēgumiem, šiem ļoti retajiem monokristāliem patiešām ir dabiska melna krāsa. Tomēr ir arī kristāli ar tumšu, blīvi pelēku, brūnu vai zaļu krāsu, kas atstarotā gaismā izskatīsies melni. Tie ir necaurspīdīgi vai daļēji caurspīdīgi, galvenokārt ar dažādiem ieslēgumiem, kas sarežģī to apstrādi. Bet, ja briljantam ir vienmērīga krāsa un minimāli iekšējie defekti, tad no tā var iegūt izcilas kvalitātes melnu dimantu.
Melni oglekļa dimanti
Karbonado ir polikristālisks veidojums, ko veido daudz stingri metināti sīki dimanti silikāta pamatnē. Kristālu adhēzija ir neviendabīga, tāpēc karbonādiem ir poraina struktūra. Tas satur grafītu un dzelzs savienojumus - hematītu un magnetītu, kas izraisa tumšu krāsu. Lielais ieslēgumu skaits padara karbonādi necaurspīdīgu. Dimanta kristālu savstarpējais izvietojums neatspoguļo gaismu, bet drīzāk to absorbē, liedzot veidoties slavenajam dimanta spožumam jeb “spēlei”. Polikristāliskās struktūras īpatnības nosaka karbonado ārkārtējo stiprību pretstatā parastajiem dimantiem, kas ir diezgan trausli.
Amerikāņu zinātnieku grupa no Brukhāvenas Nacionālās laboratorijas Stefana Haggertija un Marka Šansa vadībā uzskata, ka karbonādes izveidojās, kad vakuumā eksplodēja supernova. Pētnieki melno dimantu paraugos ir atraduši dažus retus titāna, slāpekļa un ūdeņraža savienojumus, kas līdz šim bija atrasti tikai meteorītos. Iedomājieties: briljantu lietus pār Brazīliju un Centrālāfrikas Republiku, kur tagad atrodami melnie dimanti.
Iedomājieties: supernovas sprādziens, kolosāls spiediens un … temperatūra! Ak, ir neatbilstība, dimants kūst tikai 4000 grādos pēc Celsija. Tas nozīmē, ka oglekļa veidošanās zona atradās zvaigznes eksplozijas perifērijā, bet kā tad būtu ar spiedienu vakuumā?
Vai nav vieglāk pieņemt karbonado sauszemes izcelsmi? Jā, tas nav tik krāsains, diemžēl, bez supernovas sprādziena un rombveida meteoru dušas! Parastā sauszemes vulkānā, kur vienmēr no planētas iekšpuses izplūst metāna un ūdeņraža plūsmas, veidojas mazu dimantu grupas, kuras kristalizācijas procesā kopā veidojas par stobu. Titāns, slāpeklis un ūdeņradis nav retums vulkāniskos iežos!
1993. gadā ogleklis tika atrasts avahītos, Avačinskas vulkāna Kamčatkas austrumu slīpumā. Šādus atradumus es uzskatu par nejaušiem zemes apstākļos, ņemot vērā VN Larina Zemes hidrīda teoriju.
Uzņēmīgi amerikāņi, izanalizējuši karbonādi, nekavējoties novērtēja superaliamond izmantošanas iespējas elektronikas rūpniecībā kā silīcija aizstājēju.
Tika izstrādāta tehnoloģija superaliamond ražošanai: ķīmiska nogulsnēšanās (CVD) no gāzes fāzes zemā spiedienā! Neliels dimanta grauds tiek ievietots vakuuma kamerā ar spiedienu zem atmosfēras spiediena, kamera tiek uzkarsēta, pēc tam tajā tiek iesūknēts metāns, un tad labi, kā tas varētu būt bez tā, ūdeņradis. Pēc tam tiek izveidoti mikroviļņi, kas izraisa oglekļa atomu mākoņa izdalīšanos un nogulsnēšanos uz graudiem. Tādā veidā jūs varat audzēt ne tikai pazīstamus kristālus, bet arī rombveida plāksni, kuras biezums ir mazāks par milimetru! Šīs plāksnes vada elektrību, tām ir unikāla siltuma vadītspēja un tās iztur augstas temperatūras. Tie padara perfektas mikroshēmas ar augstu integrācijas pakāpi un izturīgas pret pārkaršanu!
Šādu karbonādētu materiālu pielietošanas joma ir plaša: no nevalkājošiem mākslīgiem savienojumiem līdz nanorezonatoriem (visu akustisko iekārtu pamatā) un superčipiem. Esmu pārliecināts, ka nākamās paaudzes datoros sirdīs būs nevis silīcija, bet dimanta procesors, kas izgatavots, izmantojot ūdeņraža tehnoloģiju!
Dimantu iegūšanas prioritāte no gāzes fāzes un plazmas pieder PSRS Zinātņu akadēmijas Fizikālās ķīmijas institūta (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.) pētnieku grupai. Viņi izmantoja gāzu vidi, kas sastāv no 95% ūdeņraža un 5% oglekli saturošas gāzes (propāna, acetilēna), kā arī ar augstfrekvences plazmu, kas koncentrēta uz pamatnes, kur veidojas pats dimants (CVD process). Gāzes temperatūra no + 700 … 850 ° C pie spiediena, kas trīsdesmit reizes mazāks par atmosfēras spiedienu.
Es ļoti gribētu, lai šajā izrāvienu tehnoloģijā, kuras pamatā ir mūsu institūtu un XX gadsimta 60. – 90. Gadu tautiešu atklājumi, mēs neatpaliktu no Amerikas Savienotajām Valstīm, ieviešot šos sasniegumus, kas sola kolosālas dividendes!
Autors: Igors Dabakhovs