Алмаз (от старогръцки ἀδάμας - „неразрушим“) е най-твърдият, най-устойчив на корозия, най-топлопроводим минерал, но това не е това, което ще се обсъжда, и дори не за прекрасните му бижута свойства. Нека се обърнем към Алмаз като … най-ценния полупроводник на бъдещето, тогава ще разгледаме възможностите за получаването му от чугунена батерия за отопление и накрая ще разберем, че този ценен минерал няма на милиони години! И както моите читатели предполагат, водородът също е незаменим тук!
Супер диаманти - полупроводници
Диамантът е минерална, кубична алотропна форма на въглерод. При нормални условия той е метастабилен, тоест може да съществува безкрайно. Във вакуум или в инертен газ при повишени температури (2000 ° С) той постепенно се превръща в графит, във въздух, диамантът изгаря при 850-1000 ° С. Най-твърдият некомпресивен минерал, най-високата топлопроводимост 900-2300 W / (mK), висок коефициент на пречупване и дисперсия.
Поради получения тънък газов филм, диамантът има много нисък коефициент на триене срещу метал във въздуха. Предава широк спектър от електромагнитни вълни, започва да свети под въздействието на рентгеново и катодно излъчване. Рентгеновата луминесценция се използва широко на практика за извличане на диаманти от скали. Високата прозрачност и висок коефициент на пречупване причиняват светлинните лъчи да се отразяват многократно вътре в кристала, създавайки уникална „игра на светлина“, което прави диамантът най-ценният скъпоценен камък.
Промоционално видео:
Всеки въглероден атом в структурата на диамант е разположен в центъра на тетраедър, върховете на който са четирите най-близки съседи, което обяснява най-високата твърдост на диаманта.
Поради своята четиривалентна структура, диамантите могат да се използват като заместители на кристали на германий и силиций в полупроводници. Ако може да се използва германиев транзистор при температури до 75 ° C, силициев транзистор - до 125 ° C, тогава диамантените транзистори могат да се използват при температури до 500 ° C! Сините диаманти са незаменими за измерване на най-малките промени в температурата с чувствителност 0,002 ° C, а заедно с висока киселинност и топлинна устойчивост, те нямат конкуренти в тази област!
Произходът на диамантите
Диамантите кристализират в мантията на дълбочина 200 km или повече при налягане 4 GPa и температура 1000-1300 ° C и се пренасят на повърхността в резултат на експлозивни процеси, съпътстващи образуването на кимберлитови тръби.
В метеорити са открити малки диаманти в значителни количества. Те са с много древен, пред-слънчев произход. Те също се образуват в гигантски метеоритни кратери, където разтопените скали съдържат значителни количества фин кристален диамант. Известно находище от този тип е астроблемата Попигай в северната част на Сибир.
Процесът на образуване на диамант от гледна точка на хидридната теория на Земята
Водородът, отделен от металния хидрид на сърцевината, достига до горната мантия, където реагира с железно-въглеродни съединения, измествайки последния в чистата му форма. Ако външните условия (налягане и температура) съответстват, тогава въглеродът се превръща в диамант.
Илюстративен експеримент върху отглеждането на диаманти във водородна среда беше поставен от нашия сънародник В. Н. Ларин през осемдесетте години. Обикновено изкуствените диаманти се произвеждат от графит при температура 2000-3000 ° C и налягане 100-200 хиляди атмосфери. Много е скъпо. Владимир Николаевич разработи режим "температура-налягане". Той постави парче чугунена батерия във водородна атмосфера под преса, където при температура 650 ° С водородът измести свободния въглерод от чугуна, който се превърна в диаманти при налягане от 18 хиляди атмосфери.
Резултатите бяха отразени в статията „Диаманти от батерия“от V. N. Ларин [Искра N22 (4649) от 02.07.2000 г.]
В описания процес на формиране на диаманти няма фундаментални разногласия с общоприетата научна теория. С изключение на произхода на самия водород, който в класическия смисъл се счита за разпад на органични съединения. Повечето геолози свързват образуването на диаманти в мантията, например, поради разпадането на въглеводороди: CH4 → C + 2H2, но ние разбираме, че зоните на субдукция, през които организмите биха могли хипотетично да влязат в мантията, се намират в "Тихия огнен пръстен" и диамантените находища имат съвсем различна география!
Геоложки и геохимични данни позволиха на академика от Руската академия по природни науки, проф. Александър Портнов, да предложи хипотеза за произхода на диамантените кимберлитови тръби, когато платформите са "пробити" от гигантски водород-метанови "мехурчета", свързани с дегазирането на Земята. В този случай кристалите на диамантите се появяват не в мантията, а в тръбите, с намаляване на налягането в мантията и частично окисляване на метан. За разлика от нискокачествените диаманти, получени за технически цели от разтопени метали, диамантите от метан се отличават със своята чистота и прозрачност. Няма съмнение, че компанията De Beers не е спестила пари, за да купи интересни проекти за термоядрен газ, за да ги скрие завинаги в своите сейфове.
Земните диаманти не са милиони години
Съвременната наука датира диаманти до милиони (някои милиарди) години. Но много от тях съдържат изотопи на въглерод 14, а вътре в кристала!
Както знаете, радиоизотопният въглерод 14С е подложен на β-разпад с период на полуразпад T1 / 2 = 5730 ± 40 години, константата на разпад λ = 1.20910−4 година - 1
Това означава, че този метод не може да датира събития, по-стари от десет полуживота, той се оказва около 57,5 хиляди години (авторите на метода също са писали за това). Следователно, ако имаме вътрешни (без външни примеси) включвания, съдържащи 14С, било то диаманти, гранити, въглища или вкаменена дървесина, веднага можем да заявим, че тези минерали са на възраст под 60 хиляди години (в противен случай целият въглерод 14 би се разложил напълно)!
Естествени черни диаманти
Тези много редки монокристали наистина имат естествен черен цвят благодарение на включванията на графита. Съществуват обаче и кристали с тъмен, плътен сив, кафяв или зелен цвят, който при отразена светлина ще изглежда като черен. Те са непрозрачни или полупрозрачни, най-вече с различни включвания, които усложняват обработката им. Но ако диамантът има равномерен цвят и минимални вътрешни дефекти, тогава от него може да се получи черен диамант с отлично качество.
Черен диамант с карбонадо
Карбонадо е поликристална формация, образувана от много плътно заварени миниатюрни диаманти в силикатна основа. Адхезията на кристалите е нехомогенна, следователно карбонадо има пореста структура. Съдържа графитни и железни съединения - хематит и магнетит, които причиняват тъмен цвят. Големият брой включвания прави карбонадо непрозрачен. Взаимното подреждане на диамантените кристали не отразява светлината, а по-скоро я поглъща, като лишава формирането на известния диамантен блясък или "игра". Особеностите на поликристалната структура определят изключителната здравина на карбонадо, за разлика от обикновените диаманти, които са доста крехки.
Група американски учени от Националната лаборатория в Брукхейвен, ръководени от Стивън Хагърти и Марк Шанс, смятат, че карбонадо са се образували, когато свръхнова избухна във вакуум. Изследователите са открили някои редки съединения на титан, азот и водород в проби от черен диамант, които досега са открити само в метеорити. Само си представете: диамантен дъжд над Бразилия и Централноафриканската република, където сега са открити черни диаманти.
Представете си: експлозия на свръхнова, колосално налягане и … температура! О, има несъответствие, диамантът се стопява само на 4000 градуса по Целзий. Това означава, че зоната за образуване на карбонадо е била в периферията на експлозията на звездата, но какво ще кажете за налягането във вакуум?
Не е ли по-лесно да приемем земния произход на карбонадо? Да, не е толкова цветно, уви, без взрив на свръхнова и диамантен метеорен дъжд! В обикновен сухоземен вулкан, където винаги има потоци от метан и водород, излъчвани от недрата на планетата, се образуват групи от малки диаманти, които в процеса на кристализация прерастват заедно в друза. Титан, азот и водород не са рядкост във вулканичните скали!
През 1993 г. карбонадо е намерен в авахити, на източния склон на вулкана Авачински в Камчатка. Считам такива находки за не случайни в земните условия, в светлината на теорията на В. Н. Ларин за Земята на хидридите.
Предприемчивите американци, анализирайки карбонадо, веднага оцениха перспективите за използване на супералиманди в електронната индустрия като заместител на силиция.
Разработена е технология за производство на супералиамони: химическо отлагане (CVD) от газовата фаза при ниско налягане! Малко диамантено зърно се поставя във вакуумна камера при налягане под атмосферното, камерата се нагрява, след това в нея се изпомпва метан и след това, добре, как би могъл без него, водород. След това се създават микровълни, които причиняват отделяне на облак от въглеродни атоми и отлагане върху зърното. По този начин можете да отглеждате не само обичайните кристали, но и диамантена плоча с дебелина по-малка от милиметър! Тези плочи провеждат електричество, имат уникална топлопроводимост и издържат на високи температури. Те правят перфектни микросхеми с висока степен на интеграция и устойчиви на прегряване!
Областта на приложение на такива материали от карбонади е широка: от неносещи изкуствени фуги до нанорезонатори (основата на цялото акустично оборудване) и суперчипове. Сигурен съм, че бъдещото поколение компютри ще има в сърцата си диамантен процесор, а не силиконов, направен по водородна технология!
Приоритетът за получаване на диаманти от газовата фаза и плазма принадлежи на екипа от изследователи на Института по физическа химия на Академията на науките на СССР (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Те използваха газова среда, състояща се от 95% водород и 5% въглеродсъдържащ газ (пропан, ацетилен), както и високочестотна плазма, концентрирана върху субстрата, където се образува самият диамант (процес на CVD). Температура на газ от + 700 … 850 ° C при налягане тридесет пъти по-малко от атмосферното.
Много бих искал, че в тази пробивна технология, която се основава на откритията на нашите институции и сънародници от 60-90-те години на XX век, не бихме изоставали от САЩ с прилагането на тези разработки, които обещават колосални дивиденти!
Автор: Игор Дабахов