Almaz (zo starogréckych ἀδάμας - „nezničiteľný“) je najťažší, najviac odolný voči korózii a najviac tepelne vodivý minerál, ale o tomto sa nebude diskutovať ani o jeho úžasných šperkových vlastnostiach. Obráťme sa na Almaz ako na „najcennejší polovodič budúcnosti“, potom zvážime možnosti jeho získania z liatinovej vykurovacej batérie a nakoniec pochopíme, že tento cenný minerál nemá milióny rokov! A ako hádajú moji čitatelia, vodík je tu tiež nevyhnutný!
Super diamanty - polovodiče
Diamant je minerálna kubická alotrópna forma uhlíka. Za normálnych podmienok je metastabilná, to znamená, že môže existovať donekonečna. Vo vákuu alebo v inertnom plyne pri zvýšených teplotách (2000 ° C) sa postupne premení na grafit, vo vzduchu diamant vyhorí pri 850 - 1000 ° C. Najtvrdší nestlačiteľný minerál, najvyššia tepelná vodivosť 900 - 2300 W / (mK), vysoký index lomu a disperzia.
Vďaka výslednej tenkej plynovej fólii má diamant veľmi nízky koeficient trenia proti kovu vo vzduchu. Prenáša širokú škálu elektromagnetických vĺn, začína žiariť pod vplyvom röntgenového a katódového žiarenia. Röntgenová luminiscencia sa v praxi bežne používa na získavanie diamantov z hornín. Vysoká priehľadnosť a vysoký index lomu spôsobujú, že svetelné lúče sa mnohokrát odrážajú vo vnútri kryštálu, čím sa vytvára jedinečná „hra svetla“, vďaka ktorej je diamant cenným drahokamom.
Propagačné video:
Každý atóm uhlíka v štruktúre diamantu sa nachádza v strede štvorstena, ktorého vrcholy sú štyrmi najbližšími susedmi, čo vysvetľuje najvyššiu tvrdosť diamantu.
Diamanty môžu byť vďaka svojej štvormocnej štruktúre použité ako náhrada kryštálov germánia a kremíka v polovodičoch. Ak je možné použiť germániový tranzistor pri teplotách do 75 ° C, kremíkový tranzistor - do 125 ° C, potom sa diamantové tranzistory môžu používať pri teplotách do 500 ° C! Modré diamanty sú nevyhnutné na meranie najmenších zmien teploty s citlivosťou 0,002 ° C a spolu s vysokou odolnosťou voči kyselinám a tepelnou odolnosťou nemajú v tejto oblasti žiadnych konkurentov!
Pôvod diamantov
Diamanty kryštalizujú v plášti v hĺbke 200 km alebo viac pri tlaku 4 GPa a teplote 1 000 - 1 300 ° C a sú prenášané na povrch ako výsledok výbušných procesov sprevádzajúcich tvorbu kimberlitových rúrok.
Malé diamanty sa našli v meteoritoch vo významných množstvách. Sú veľmi starodávneho, pred-solárneho pôvodu. Tvoria sa tiež v obrovských meteoritových kráteroch, kde pretavené horniny obsahujú značné množstvo jemného kryštalického diamantu. Známym ložiskom tohto druhu je astroblóna popigai na severe Sibír.
Proces formovania diamantov z hľadiska teórie hydridov Zeme
Vodík uvoľňovaný z hydridu kovu v jadre dosahuje horný plášť, kde reaguje so zlúčeninami železo-uhlík, čím ho vytesňuje v čistej forme. Ak vonkajšie podmienky (tlak a teplota) zodpovedajú, uhlík sa zmení na diamant.
Ilustratívny experiment s pestovaním diamantov vo vodíkovom prostredí bol zavedený krajanom V. N. Larinom v osemdesiatych rokoch. Umelé diamanty sa obvykle vyrábajú z grafitu pri teplote 2 000 až 3 000 ° C a tlaku 100 až 200 000 atmosfér. Je to veľmi drahé. Vladimír Nikolaevič vyvinul režim „teplota-tlak“. Položil kúsok liatinovej batérie do vodíkovej atmosféry pod lis, kde pri teplote 650 ° C vodík vytlačil z liatiny voľný uhlík, ktorý sa pri tlaku 18 tisíc atmosfér premenil na diamanty.
Výsledky sa odzrkadlili v článku „Diamanty z batérie“od V. N. Larin [Spark N22 (4649) z 02.07.2000]
V opísanom procese tvorby diamantov neexistujú žiadne zásadné nezhody so všeobecne akceptovanou vedeckou teóriou. S výnimkou pôvodu samotného vodíka, ktorý sa v klasickom zmysle považuje za produkt rozpadu organických zlúčenín. Väčšina geológov spája tvorbu diamantov v plášti napríklad v dôsledku rozkladu uhľovodíkov: CH4 → C + 2H2, ale chápeme, že subdukčné zóny, cez ktoré by mohli organici hypoteticky vstúpiť do plášťa, sa nachádzajú v „Tichom kruhu ohňa“a diamantové vklady majú úplne inú geografiu!
Geologické a geochemické údaje umožnili akademikovi Ruskej akadémie prírodných vied, profesorovi Alexanderovi Portnovovi, navrhnúť hypotézu o pôvode diamantových rúr kimberlitov, keď sú platformy „prepichnuté“obrovskými vodíkovými metanolovými bublinami spojenými s odplyňovaním Zeme. V tomto prípade sa diamantové kryštály neobjavujú v plášti, ale v rúrkach, so znížením tlaku v plášťoch a čiastočnou oxidáciou metánu. Na rozdiel od diamantov nízkej kvality získaných na technické účely z roztavených kovov sa diamanty z metánu vyznačujú čistotou a priehľadnosťou. Niet pochýb o tom, že spoločnosť De Beers ušetrila peniaze na kúpu zaujímavých projektov fúzie plynu, aby ich navždy schovala vo svojich trezoroch.
Zemské diamanty nie sú staré milióny rokov
Moderná veda datuje diamanty na milióny (niekoľko miliárd) rokov. Ale veľa z nich obsahuje izotopy uhlíka 14 a vo vnútri kryštálu!
Ako viete, rádioizotopový uhlík 14C podlieha β-rozkladu s polčasom rozpadu T1 / 2 = 5730 ± 40 rokov, konštanta rozkladu λ = 1,20910−4 rok - 1
To znamená, že táto metóda nemôže datovať udalosti staršie ako desať polčasov, ukázalo sa, že je to asi 57,5 tisíc rokov (autori tejto metódy o tom tiež písali). Preto, ak máme nejaké vnútorné (bez vonkajších nečistôt) inklúzie obsahujúce 14C, či už ide o diamanty, žuly, uhlie alebo skamenené drevo, môžeme okamžite konštatovať, že tieto minerály sú staršie ako 60 tisíc rokov (inak by sa všetok uhlík 14 úplne rozpadol)!
Prírodné čierne diamanty
Tieto veľmi zriedkavé monokryštály majú prirodzene čiernu farbu vďaka inklúzii grafitu. Existujú však aj kryštály tmavej, hustej šedej, hnedej alebo zelenej farby, ktoré v odrazenom svetle budú vyzerať ako čierne. Sú nepriehľadné alebo polopriehľadné, väčšinou s rôznymi inklúziami, ktoré komplikujú ich spracovanie. Ale ak má diamant rovnomernú farbu a minimálne vnútorné chyby, je možné z neho získať čierny diamant vynikajúcej kvality.
Čierne karbonátové diamanty
Carbonado je polykryštalická formácia tvorená mnohými pevne zváranými drobnými diamantmi v kremičitej základni. Adhézia kryštálov je nehomogénna, a preto má uhlík pórovitú štruktúru. Obsahuje grafit a zlúčeniny železa - hematit a magnetit, ktoré spôsobujú tmavú farbu. Veľký počet inklúzií spôsobuje, že uhlík je nepriehľadný. Vzájomné usporiadanie diamantových kryštálov neodráža svetlo, ale skôr ho absorbuje, čím pripravuje slávny diamantový lesk alebo „hru“. Zvláštnosti polykryštalickej štruktúry určujú mimoriadnu pevnosť karbónu, na rozdiel od obyčajných diamantov, ktoré sú dosť krehké.
Skupina amerických vedcov z Brookhavského národného laboratória, ktorú viedli Stephen Haggerty a Mark Chance, sa domnieva, že uhlík vznikol, keď sa vo vákuu vybuchla supernova. Vedci našli vo vzorkách čiernych diamantov niektoré vzácne zlúčeniny titánu, dusíka a vodíka, ktoré sa doteraz vyskytovali iba v meteoritoch. Len si predstavte: diamantový dážď nad Brazíliou a Stredoafrickou republikou, kde sa teraz nachádzajú čierne diamanty.
Predstavte si: výbuch supernovy, kolosálny tlak a … teplota! Oh, existuje nesúlad, diamant sa topí iba pri 4000 stupňoch Celzia. To znamená, že zóna formovania uhlíka bola na okraji explózie hviezdy, ale čo tlak vo vákuu?
Nie je ľahšie predpokladať suchozemský pôvod uhlíka? Áno, nie je to tak farebné, bohužiaľ, bez výbuchu supernovy a diamantovej meteorickej sprchy! V obyčajnej suchozemskej sopke, kde vždy prúdia metán a vodík vychádzajúci z vnútra planéty, sa vytvárajú skupiny malých diamantov, ktoré v procese kryštalizácie narastajú spolu do sucha. Titán, dusík a vodík nie sú neobvyklé v sopečných horninách!
V roku 1993 bol uhlík nájdený vo avachitoch, na východnom svahu Avachinského sopky v Kamčatke. Za pozemské podmienky považujem takéto nálezy za náhodné, vo svetle teórie VN Larina o hydridovej Zemi.
Podnikaví Američania, ktorí analyzovali uhlík, okamžite vyhodnotili vyhliadky na použitie superaliamondov v elektronickom priemysle ako náhradu za kremík.
Bola vyvinutá technológia na výrobu superaliamondov: chemická depozícia (CVD) z plynnej fázy pri nízkom tlaku! Malé diamantové zrno sa umiestni do vákuovej komory pri tlaku pod atmosférickým tlakom, komora sa zahrieva, potom sa do nej pumpuje metán a potom, ako by to mohlo byť bez vodíka, vodík. Mikrovlny sa potom vytvárajú, čo spôsobuje, že sa oblak atómov uhlíka uvoľňuje a ukladá na zrno. Týmto spôsobom môžete pestovať nielen obvyklé kryštály, ale aj kosoštvorcové platne s hrúbkou menšou ako jeden milimeter! Tieto dosky vedú elektrinu, majú jedinečnú tepelnú vodivosť a odolávajú vysokým teplotám. Robia perfektné mikroobvody s vysokým stupňom integrácie a odolnosťou proti prehriatiu!
Oblasť použitia takýchto materiálov obsahujúcich uhlík je široká: od nenosných umelých kĺbov po nanorezonátory (základ všetkých akustických zariadení) a superčipov. Som si istý, že budúca generácia počítačov bude mať vo svojom srdci diamantový procesor, nie kremíkový procesor vyrobený pomocou vodíkovej technológie!
Priorita získavania diamantov z plynnej fázy a plazmy patrí tímu vedcov z Ústavu fyzikálnej chémie ZSSR Akadémie vied (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Používali plynné prostredie pozostávajúce z 95% vodíka a 5% plynu obsahujúceho uhlík (propán, acetylén), ako aj vysokofrekvenčnú plazmu koncentrovanú na substráte, kde sa formoval samotný diamant (proces CVD). Teplota plynu od + 700 … 850 ° C pri tridsaťnásobnom tlaku nižšom ako atmosférický.
Bol by som veľmi rád, keby sa v tejto prelomovej technológii, ktorá je založená na objektoch našich ústavov a krajanov 60. až 90. rokov XX. Storočia, pri implementácii tohto vývoja, ktoré sľubujú kolosálne dividendy, nezaostávali za Spojenými štátmi!
Autor: Igor Dabakhov