Алмаз за 15 минут: для создания адмазов больше не нужны экстремальные условия

Международной группе исследователей удалось синтезировать алмазы при обычном атмосферном давлении и без использования затравочных кристаллов. Это открытие может революционизировать индустрию производства алмазов, сделав их выращивание гораздо более доступным.

До сих пор для получения синтетических алмазов использовался метод температурного градиента (HPHT). Он воссоздает условия, в которых формируются природные алмазы в мантии Земли — под гигантским давлением в несколько гигапаскалей и при раскаленных температурах свыше 1500°C. При этом углерод, растворенный в расплаве металлов, кристаллизуется вокруг затравочного алмазного зерна. 

Однако поддержание HPHT является крайне сложной технической задачей. Кроме того, этот метод ограничивает максимальный размер выращиваемых кристаллов примерно кубическим сантиметром. А на создание таких крошечных камней требуется от недели до двух. 

Новая технология, разработанная группой Руоффа, устраняет большинство основных проблем. В ее основе — использование расплавленной смеси галлия с небольшими добавками никеля, железа и кремния в графитовом тигле. Тигель располагается в специальной 9-литровой камере, созданной соавтором исследования, Вон Кюнг Сонгом, для быстрой подготовки к экспериментам с различными концентрациями металлов и газов. 

Через камеру, поддерживаемую при атмосферном давлении, продувается углеродсодержащий метан. В ходе опытов ученые обнаружили, что при определенном температурном режиме всего за 15 минут на дне тигля начинает формироваться пленка из алмазных кристалликов. А через 2,5 часа она полностью покрывает всю поверхность. Спектральный анализ показал высокую чистоту выращенных алмазов с лишь незначительной примесью кремния. 

Детали механизма кристаллизации алмазов пока не до конца ясны. Но исследователи предполагают, что локальное понижение температуры заставляет углерод из метана оседать и концентрироваться в центре тигля. А присутствие кремния, вероятно, выступает в роли затравочного «ядра» для формирования алмазной структуры. 

Главным недостатком разработанной технологии на данный момент является крошечный размер получаемых алмазов — в сотни тысяч раз меньше, чем при HPHT-синтезе. Это делает их непригодными для использования в ювелирной промышленности. Также остается неясным, возможно ли их применение в различных технологических областях, например, для полировки и бурения. 

Тем не менее, работа при атмосферном давлении открывает перспективы для масштабирования промышленного производства алмазов. 

«Возможно, уже через год-два мы получим более четкую картину коммерческого потенциала этой технологии», — добавляет Руофф.