Wissenschaftlern ist es gelungen, Diamanten in nur 150 Minuten herzustellen: ScienceAlert

Wissenschaftlern ist es gelungen, Diamanten in nur 150 Minuten herzustellen: ScienceAlert

Es dauert Milliarden von Jahren, bis sich natürliche Diamanten unter extremen Drücken und Temperaturen tief im Erdinneren bilden. Synthetische Formen können viel schneller hergestellt werden, erfordern jedoch in der Regel eine intensive Zerkleinerung über mehrere Wochen.

Eine neue Methode, die auf einer Mischung flüssiger Mineralien basiert, kann synthetische Diamanten innerhalb von Minuten extrahieren, ohne dass viel Druck erforderlich ist.

Obwohl immer noch hohe Temperaturen im Bereich von 1025 °C oder 1877 °F erforderlich waren, bildete sich in 150 Minuten und bei 1 atm (oder einer Standardatmosphäreneinheit) ein kontinuierlicher Diamantfilm. Dies entspricht einem Druck Wir fühlen uns auf Meereshöheund zehntausendmal niedriger als der normalerweise erforderliche Druck.

Das Team hinter diesem innovativen Ansatz unter der Leitung von Forschern des Institute of Basic Sciences in Südkorea ist zuversichtlich, dass der Prozess skaliert werden kann, um einen großen Unterschied bei der Produktion synthetischer Diamanten zu bewirken.

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines in flüssigem Metall gewachsenen Diamantfilms. (Gong et al., Natur2024)

Das Schmelzen von Kohlenstoff zu flüssigem Metall zur Herstellung von Diamanten ist nicht gerade neu. General Electric hat vor einem halben Jahrhundert ein Verfahren entwickelt, bei dem beispielsweise geschmolzenes Eisensulfid zum Einsatz kommt.

Aber diese Prozesse erfordern immer noch Stress 5-6 GPa Der Diamant-„Samen“, an dem der Kohlenstoff befestigt ist.

„Wir haben einen Weg gefunden, Diamanten bei einer Atmosphäre Druck und mäßiger Temperatur unter Verwendung einer flüssigen Metalllegierung zu züchten.“ schreiben Die Forscher in ihrem veröffentlichten Artikel.

Druckverlust Dies wurde durch eine sorgfältig gemischte Mischung flüssiger Metalle erreicht: Gallium, Eisen, Nickel und Silizium. Im Inneren der Graphithülle ist ein speziell angefertigtes Vakuumsystem eingebaut, um das Metall sehr schnell zu erhitzen und es dann abzukühlen, während es einer Mischung aus Methan und Wasserstoff ausgesetzt wird.

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Diese Bedingungen führen dazu, dass sich Kohlenstoffatome aus dem Methan in der Metallschmelze verteilen und als Keime für die Diamanten dienen. Bereits nach 15 Minuten traten aus dem flüssigen Metall knapp unter der Oberfläche winzige Fragmente von Diamantkristallen hervor, während nach einer zweieinhalbstündigen Belichtungszeit eine durchgehende Diamantschicht entstand.

Obwohl die Konzentration des Kohlenstoffs, der die Kristalle bildet, auf eine Tiefe von nur wenigen hundert Nanometern reduziert wurde, erwarten die Forscher, dass der Prozess mit nur wenigen Optimierungen verbessert werden kann.

„Wir schlagen vor, dass direkte Modifikationen das Diamantwachstum über eine sehr große Fläche unter Verwendung einer größeren Oberfläche oder Grenzfläche ermöglichen könnten, indem die Heizelemente so konfiguriert werden, dass eine viel größere potenzielle Wachstumsfläche erreicht wird, und Kohlenstoff auf neue Weise über die Diamantwachstumsfläche verteilt wird.“ schreiben Forscher.

Diese Modifikationen werden einige Zeit in Anspruch nehmen, und die Forschung zu diesem Prozess befindet sich noch in einem sehr frühen Stadium, aber die Autoren der neuen Studie glauben, dass er großes Potenzial hat – und dass andere flüssige Metalle kombiniert werden könnten, um ähnliche Materialien oder bessere Ergebnisse zu erzielen .

Der Prozess, mit dem derzeit die meisten erstellt werden Synthetische Diamanten – Es wird für eine Vielzahl industrieller Prozesse, in der Elektronik und sogar für Quantencomputer verwendet. – Es dauert mehrere Tage und erfordert mehr Druck. Wenn diese neue Technologie ihr Potenzial ausschöpft, wird die Diamantherstellung viel schneller und einfacher.

„Der allgemeine Ansatz der Verwendung flüssiger Metalle kann das Diamantwachstum auf einer Vielzahl von Oberflächen beschleunigen und verbessern und möglicherweise das Diamantwachstum auf kleinen Diamantpartikeln (Samen) erleichtern.“ schreiben Forscher.

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Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur.

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