دانشمندان در عرض ۱۵ دقیقه الماس تولید کردند!

زی‌سان: الماس‌های طبیعی در گوشته زمین، منطقه مذابی که صد‌ها کیلومتر زیر سطح زمین دفن شده است، شکل می‌گیرند

به گزارش زی‌سان؛ دانشمندان از یک تکنیک جدید برای سنتز (تولید از طریق ترکیب عناصر ساده‌تر) الماس در فشار عادی جو و بدون استفاده از خود الماس به عنوان هسته اولیه استفاده کرده‌اند که می‌تواند پرورش این سنگ قیمتی در آزمایشگاه را بسیار آسان‌تر کند. 

الماس‌های طبیعی در گوشته زمین، منطقه مذابی که صد‌ها کیلومتر زیر سطح زمین دفن شده است، شکل می‌گیرند. این فرایند تحت فشار‌های فوق‌العاده بالای چندین گیگا پاسکالی و دمای سوزان بالای یک هزار و ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد رخ می‌دهد. 

در حال حاضر برای سنتز ۹۹ درصد الماس‌های مصنوعی نیز از همین فرایند استفاده می‌شود. این روش که «پرورش با فشار و دمای بالا» یا «اچ‌پی‌اچ‌دی» (HPHT) نام دارد، از این شرایط شدید برای تبدیل کربن حل‌شده در فلزات مایع مانند آهن به الماس در اطراف یک بذر کوچک یا الماس اولیه استفاده می‌کند.

با این همه، ایجاد و نگهداری این دما و فشار بسیار بالا دشوار است. علاوه بر این، اجزای درگیر در این روند بر اندازه الماس تاثیر می‌گذارند، به طوری که بزرگ‌ترین آنها حدود یک سانتی‌متر مکعب یا تقریبا به اندازه یک بلوبری است. علاوه بر این، برای تولید همین سنگ‌های قیمتی ریز به روش فشار و دمای بالا، به زمان نسبتا طولانی یعنی حدود یک تا دو هفته نیاز است. 

در روش دیگر پرورش الماس مصنوعی به نام رسوب‌گذاری بخار شیمیایی، برخی الزامات روش اچ‌پی‌اچ‌تی مانند فشار بالا حذف می‌شود، اما عامل دیگر مانند هسته اولیه کربن پابرجا است.

در تکنیک جدید تولید الماس، دانشمندان اشکالات دو روش پیشین را از میان برداشته‌اند. تیمی به رهبری روندی روف، فیزیک ــ‌شیمی‌دان مرکز علوم پایه در کره جنوبی نتایج تحقیقشان را ۲۴ آوریل در مجله «طبیعت» (Nature) منتشر کرده‌اند.

روف به لایوساینس می‌گوید که بیش از یک دهه به راه‌های جدید پرورش الماس فکر کرده است. 

دانشمندان در این تحقیق، از یک سینی گرافیتی استفاده کردند که حاوی گالیم با دمای الکتریکی و کمی سیلیکون بود. گالیم شاید عنصری پیچیده به نظر برسد، اما دلیل انتخابش این بود که برخی پژوهش‌های قبلی نشان داده بود روند تشکیل گرافن (یکی از آلوتروپ‌های کربن) از متان را تسریع می‌کند. گرافن مانند الماس کربن خالص است، اما آرایش اتم‌های آن یک لایه است و مانند این الماس چهاروجهی نیست. 

محققان این سینی را در یک محفظه ۹ لیتری قرار دادند که در فشار جوی سطح دریا نگهداری می‌شد. در این محفظه، گاز متان بسیار گرم و غنی از کربن روی سینی پخش می‌شد. این محفظه ظرف ۱۵ دقیقه می‌توانست برای آزمایش آماده شود؛ آنچه به تیم امکان می‌داد که به‌سرعت آزمایش‌های مختلفی با غلظت‌ها و ترکیب‌های متفاوت از فلزات و گاز‌ها انجام دهد.

با این حال، روش جدید نیز چالش‌های خاص خود را دارد. یکی از مشکلات این است که الماس‌های تولید‌شده با این روش بسیار کوچک‌اند. بزرگ‌ترین الماس‌هایی که با این روش تولید می‌شوند، صد‌ها هزار بار کوچک‌تر از الماس‌های تولید‌شده با فشار و دمای بالا است و برای جواهرسازی بیش از اندازه کوچک‌اند. علاوه بر این، کاربرد‌های دیگر مانند استفاده در صنایع فناورانه مانند سطح‌سنجی و حفاری نیز هنوز واضح نیست. اما به دلیل استفاده از فشار پایین در این فرایند، امکان تولید الماس در مقیاس صنعتی بیشتر خواهد شد و این می‌تواند به پیشرفت‌های مهم در فناوری تولید الماس منجر شود.