دانشمندان در ۱۵ دقیقه الماس پرورش دادند

به گزارش مجله خبری نگار به نقل از لایوساینس، دانشمندان از روش جدیدی برای سنتز الماس در فشار معمولی و اتمسفر استفاده کرده‌اند که رشد این سنگ‌های قیمتی را در آزمایشگاه آسان‌تر می‌کند.

الماس‌های طبیعی در گوشته زمین شکل می‌گیرند، منطقه مذابی که صد‌ها مایل زیر سطح سیاره مدفون‌شده است. این فرآیند تحت‌فشار‌های زیاد چندین گیگا پاسکال و دمای سوزان بیش از ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود.

در حال حاضر برای سنتز ۹۹ درصد از تمام الماس‌های ساخته‌شده مصنوعی روش مشابهی استفاده می‌شود. این روش که رشد پرفشار و دمای بالا نامیده می‌شود، از این تنظیمات برای جذب کربن محلول در فلزات مایع مانند آهن استفاده می‌کند تا آن را به الماس در اطراف یک دانه کوچک تبدیل کند.

بااین فشار‌ها و دما‌های بالا تولید و نگهداری آنها دشوار است. بعلاوه، اجزای درگیر بر اندازه الماس تأثیر می‌گذارند که بزرگ‌ترین آنها حدود یک سانتی‌متر مکعب یا تقریباً به‌اندازه یک بلوبری است. علاوه بر این، روش رشد پرفشار و دمای بالا زمان نسبتاً طولانی (یک یا دو هفته) برای تولید این سنگ‌های قیمتی ریز می‌برد. روش دیگری به نام رسوب شیمیایی بخار، برخی از الزامات این روش، مانند فشار‌های بالا را حذف می‌کند. اما در برخی دیگر، نیاز به دانه برای شروع فرآیند، همچنان وجود دارند.

تکنیک جدید برخی از اشکالات هر دو فرآیند سنتز را از بین می‌برد. تیمی به رهبری رادنی روف، شیمیدان فیزیک در موسسه علوم پایه در کره جنوبی، یافته‌های خود را در ۲۴ آوریل (۵اردیبهشت) در مجله نیچر منتشر کردند.

برای شروع، محققان از گالیم گرم شده با کمی سیلیکون در یک بوته گرافیتی استفاده کردند. گالیوم به این دلیل انتخاب شد که مطالعه قبلی نشان داد می‌تواند تشکیل گرافن از متان را کاتالیز کند. گرافن، مانند الماس، کربن خالص است، اما حاوی اتم‌ها در یک لایه است نه مانند سنگ‌های قیمتی در جهت چهاروجهی.

محققان این بوته را در یک محفظه قراردادند که در فشار اتمسفر سطح دریا نگهداری می‌شد و از طریق آن گاز متان فوق داغ و غنی از کربن می‌توانست برافروخته شود. این محفظه ۹ لیتری، می‌تواند تنها در ۱۵ دقیقه آماده آزمایش شود و به گروه اجازه می‌دهد تا به‌سرعت اجرا‌هایی را با غلظت‌های مختلف فلزات و گاز‌ها انجام دهد.

از طریق چنین تغییراتی، محققان دریافتند که مخلوط گالیم-نیکل-آهن - همراه با مقداری سیلیکون برای تسریع رشد الماس بهینه است. درواقع، با این ترکیب، گروه الماس را تنها پس از ۱۵ دقیقه به دست آورد. در عرض دو ساعت و نیم، الماس کامل‌تر تشکیل شد. تجزیه‌وتحلیل‌های طیف‌سنجی نشان داد که این الماس تا حد زیادی خالص است، اما حاوی چند اتم سیلیکون است.

جزئیات مکانیسمی که الماس‌ها را تشکیل می‌دهد هنوز تا حد زیادی مبهم است، اما محققان فکر می‌کنند افت دما، کربن را از متان به سمت مرکز بوته می‌راند و در آنجا به شکل الماس ادغام می‌شود. به‌علاوه، بدون سیلیکون، الماسی تشکیل نمی‌شود، بنابراین محققان فکر می‌کنند که سیلیکون به‌عنوان دانه‌ای برای کریستال شدن کربن در اطراف عمل می‌کند.

بااین‌حال، روش جدید چالش‌های خاص خود را دارد. یک مشکل این است که الماس‌هایی که با این روش رشد می‌کنند بسیار کوچک هستند. بزرگ‌ترین آنها صد‌ها هزار بار کوچک‌تر از الماس‌های ساخته‌شده با روش‌های قبلی هستند. این باعث می‌شود که آنها برای استفاده به‌عنوان جواهرات بسیار کوچک باشند.