Almaz (dal greco antico ἀδάμας - "indistruttibile") è il minerale più duro, più resistente alla corrosione, il più conduttore di calore, ma non è questo il punto, e nemmeno delle sue meravigliose proprietà di gioielleria. Rivolgiamoci ad Almaz come … il semiconduttore più prezioso del futuro, quindi prenderemo in considerazione le possibilità di ottenerlo da un radiatore in ghisa e, infine, capiremo che questo prezioso minerale non ha milioni di anni! E come immaginano i miei lettori, anche l'idrogeno è indispensabile qui!
Super diamanti - semiconduttori
Il diamante è una forma di carbonio minerale, cubica e allotropica. In condizioni normali, è metastabile, cioè può esistere indefinitamente. Sotto vuoto o in un gas inerte a temperature elevate (2000 ° C) si trasforma gradualmente in grafite, in aria il diamante brucia a 850-1000 ° C. Il minerale incomprimibile più duro, la più alta conducibilità termica 900-2300 W / (mK), alto indice di rifrazione e dispersione.
A causa della sottile pellicola di gas che ne risulta, il diamante ha un coefficiente di attrito molto basso contro il metallo nell'aria. Trasmette una vasta gamma di onde elettromagnetiche, inizia a brillare sotto l'influenza dei raggi X e delle radiazioni catodiche. La luminescenza a raggi X è ampiamente utilizzata nella pratica per estrarre diamanti dalle rocce. L'elevata trasparenza e l'elevato indice di rifrazione fanno sì che i raggi luminosi vengano riflessi molte volte all'interno del cristallo, creando un "gioco di luce" unico, che rende il diamante una gemma preziosissima.
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Ogni atomo di carbonio nella struttura di un diamante si trova al centro di un tetraedro, i cui vertici sono i quattro vicini più vicini, il che spiega la massima durezza del diamante.
Grazie alla sua struttura tetravalente, i diamanti possono essere utilizzati come sostituti del germanio e dei cristalli di silicio nei semiconduttori. Se un transistor al germanio può essere utilizzato a temperature fino a 75 ° C, un transistor al silicio - fino a 125 ° C, i transistor in diamante possono essere utilizzati a temperature fino a 500 ° C! I diamanti blu sono indispensabili per misurare le più piccole variazioni di temperatura con una sensibilità di 0,002 ° C e, insieme all'elevata resistenza agli acidi e al calore, non hanno concorrenti in questo settore!
L'origine dei diamanti
I diamanti cristallizzano nel mantello a una profondità di 200 km o più a una pressione di 4 GPa e una temperatura di 1000-1300 ° C e vengono trasportati in superficie come risultato di processi esplosivi che accompagnano la formazione di tubi di kimberlite.
Piccoli diamanti sono stati trovati nei meteoriti in quantità significative. Sono di origine antichissima, pre-solare. Si formano anche in giganteschi crateri di meteoriti, dove le rocce rifuse contengono quantità significative di diamante cristallino fine. Un noto giacimento di questo tipo è l'astroblema di Popigai nel nord della Siberia.
Il processo di formazione del diamante dal punto di vista della teoria dell'idruro terrestre
L'idrogeno rilasciato dall'idruro metallico del nucleo raggiunge il mantello superiore, dove reagisce con i composti ferro-carbonio, spostando quest'ultimo nella sua forma pura. Se le condizioni esterne (pressione e temperatura) corrispondono, il carbonio si trasforma in diamante.
Un esperimento illustrativo sulla coltivazione di diamanti in un ambiente di idrogeno è stato organizzato dal nostro connazionale V. N. Larin negli anni ottanta. Di solito i diamanti artificiali sono prodotti dalla grafite a una temperatura di 2000-3000 ° C e una pressione di 100-200 mila atmosfere. È molto costoso. Vladimir Nikolaevich ha sviluppato la modalità "temperatura-pressione". Ho messo un pezzo di una batteria in ghisa in un'atmosfera di idrogeno sotto una pressa, dove a una temperatura di 650 ° C l'idrogeno ha spostato il carbonio libero dalla ghisa, che si è trasformato in diamanti a una pressione di 18 mila atmosfere.
I risultati si sono riflessi nell'articolo "Diamonds from a Battery" di V. N. Larin [Spark N22 (4649) del 02.07.2000]
Nel processo descritto di formazione del diamante, non ci sono disaccordi fondamentali con la teoria scientifica generalmente accettata. Fatta eccezione per l'origine dell'idrogeno stesso, che in senso classico è considerato un prodotto di decadimento di composti organici. La maggior parte dei geologi associa la formazione di diamanti nel mantello dovuta, ad esempio, al decadimento degli idrocarburi: CH4 → C + 2H2, ma comprendiamo che le zone di subduzione attraverso le quali i composti organici potrebbero ipoteticamente entrare nel mantello si trovano nell '"Anello di fuoco del Pacifico", e i depositi di diamanti hanno una geografia completamente diversa!
I dati geologici e geochimici hanno permesso all'accademico dell'Accademia Russa di Scienze Naturali, il professor Alexander Portnov, di proporre un'ipotesi sull'origine dei tubi di kimberlite diamantata quando le piattaforme vengono "perforate" da gigantesche "bolle" di idrogeno-metano associate al degassamento della Terra. In questo caso, i cristalli di diamante non compaiono nel mantello, ma nei tubi, con una diminuzione della pressione del mantello e parziale ossidazione del metano. A differenza dei diamanti di bassa qualità ottenuti per scopi tecnici da metalli fusi, i diamanti da metano si distinguono per la loro purezza e trasparenza. Non c'è dubbio che la società De Beers non abbia risparmiato denaro per acquistare interessanti progetti di fusione del gas per nasconderli per sempre nelle loro casseforti.
I diamanti terrestri non hanno milioni di anni
La scienza moderna data i diamanti a milioni (alcuni miliardi) di anni. Ma molti di loro contengono isotopi del carbonio 14 e all'interno del cristallo!
Come sapete, il radioisotopo carbonio 14C è soggetto a β-decadimento con un'emivita T1 / 2 = 5730 ± 40 anni, la costante di decadimento λ = 1.20910−4 anni - 1
Ciò significa che questo metodo non può datare eventi più vecchi di dieci emivite, risulta circa 57.5 mila anni (gli autori del metodo hanno scritto anche su questo). Pertanto, se abbiamo inclusioni interne (senza impurità esterne) contenenti 14C, che si tratti di diamanti, graniti, carbone o legno pietrificato, possiamo immediatamente affermare che questi minerali hanno meno di 60mila anni (altrimenti tutto il carbonio 14 sarebbe decaduto completamente)!
Diamanti neri naturali
Questi rarissimi monocristalli hanno davvero un colore nero naturale grazie alle inclusioni di grafite. Tuttavia, ci sono anche cristalli con un colore grigio scuro, denso, marrone o verde, che alla luce riflessa appariranno neri. Sono opachi o semitrasparenti, per lo più con varie inclusioni che ne complicano la lavorazione. Ma se il diamante ha un colore uniforme e difetti interni minimi, allora si può ottenere un diamante nero di ottima qualità.
Diamanti neri carbonado
Il carbonado è una formazione policristallina formata da molti minuscoli diamanti saldati strettamente in una base silicea. L'adesione dei cristalli è disomogenea, quindi il carbonado ha una struttura porosa. Contiene grafite e composti di ferro - ematite e magnetite, che provocano un colore scuro. Il gran numero di inclusioni rende opaco il carbonado. La disposizione reciproca dei cristalli di diamante non riflette la luce, ma anzi la assorbe, privando la formazione della famosa brillantezza o "gioco" del diamante. Le peculiarità della struttura policristallina determinano la straordinaria resistenza del carbonado, in contrasto con i diamanti ordinari, che sono piuttosto fragili.
Un gruppo di scienziati americani del Brookhaven National Laboratory, guidato da Stephen Haggerty e Mark Chance, crede che i carbonado si siano formati quando una supernova è esplosa nel vuoto. I ricercatori hanno trovato alcuni rari composti di titanio, azoto e idrogeno in campioni di diamante nero, che fino ad ora sono stati trovati solo nei meteoriti. Immagina: pioggia di diamanti sul Brasile e sulla Repubblica Centrafricana, dove ora si trovano diamanti neri.
Immagina: un'esplosione di supernova, pressione colossale e … temperatura! Oh, c'è una mancata corrispondenza, il diamante si scioglie a soli 4000 gradi Celsius. Ciò significa che la zona di formazione del carbonado era alla periferia dell'esplosione della stella, ma allora che dire della pressione nel vuoto?
Non è più facile ipotizzare l'origine terrestre del carbonado? Sì, non è così colorato, ahimè, senza un'esplosione di supernova e una pioggia di meteoriti di diamanti! In un normale vulcano terrestre, dove ci sono sempre flussi di metano e idrogeno emanati dalle viscere del pianeta, si formano gruppi di piccoli diamanti, che nel processo di cristallizzazione crescono insieme in un druso. Titanio, azoto e idrogeno non sono rari nelle rocce vulcaniche!
Nel 1993, il carbonado è stato trovato negli avachiti, sul versante orientale del vulcano Avachinsky in Kamchatka. Considero tali reperti non casuali in condizioni terrestri, alla luce della Teoria dell'idruro terrestre di VN Larin.
Americani intraprendenti, dopo aver analizzato il carbonado, valutarono immediatamente le prospettive di utilizzare i superaliamanti nell'industria elettronica in sostituzione del silicio.
È stata sviluppata una tecnologia per la produzione di superaliamanti: deposizione chimica (CVD) dalla fase gassosa a bassa pressione! Un piccolo granello di diamante viene posto in una camera a vuoto a una pressione inferiore a quella atmosferica, la camera viene riscaldata, quindi vi viene pompato metano e poi, beh, come potrebbe essere senza di esso, idrogeno. Le microonde vengono quindi create, provocando il rilascio e il deposito di una nuvola di atomi di carbonio sul grano. In questo modo, puoi coltivare non solo i soliti cristalli, ma anche una piastra diamantata spessa meno di un millimetro! Queste piastre conducono elettricità, hanno una conduttività termica unica e resistono alle alte temperature. Realizzano microcircuiti perfetti con un alto grado di integrazione e resistenti al surriscaldamento!
Il campo di applicazione di tali materiali in carbonade è ampio: dalle articolazioni artificiali resistenti all'usura ai nanorisonatori (la base di tutte le apparecchiature acustiche) e ai superchip. Sono sicuro che la futura generazione di computer avrà nel cuore un processore al diamante, non al silicio, realizzato con la tecnologia dell'idrogeno!
La priorità di ottenere diamanti dalla fase gassosa e dal plasma appartiene al team di ricercatori dell'Istituto di chimica fisica dell'Accademia delle scienze dell'URSS (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Hanno utilizzato un ambiente gassoso composto per il 95% da idrogeno e per il 5% da gas contenente carbonio (propano, acetilene), oltre a plasma ad alta frequenza concentrato sul substrato, dove si forma il diamante stesso (processo CVD). Temperatura del gas da + 700 … 850 ° C ad una pressione trenta volte inferiore a quella atmosferica.
Mi piacerebbe molto che in questa tecnologia rivoluzionaria, che si basa sulle scoperte dei nostri istituti e compatrioti degli anni '60-90 del XX secolo, non restassimo indietro rispetto agli Stati Uniti nell'attuazione di questi sviluppi, che promettono dividendi colossali!
Autore: Igor Dabakhov
