Вчені розробили новий простий спосіб перетворення графіту в алмаз
Традиційно штучні алмази повільно вирощуються з вуглецю в умовах високої температури і тиску. Але вчені з Стенфордського університету знайшли більш простий і швидкий метод перетворення графіту (матеріалу, використовуваного для виготовлення грифелів олівців) в кристалічну форму вуглецю, штучний алмаз. Цей метод, який працює без необхідності використання високого тиску, заснований на використання водню і платинового підстави, може стати основою великомасштабного виробництва алмазів, що використовуються в ріжучих інструментах, в різному обладнанні, в області квантових обчислень і комунікацій.
Зазвичай синтетичні алмази виготовляють з графіту, матеріалу, який можна умовно розглядати як багатошаровий графен. Графіт піддають впливу дуже високого тиску, в межах 150 тисяч атмосфер, сил якого достатньо для реформування одновимірної кристалічної решітки графену в тривимірну кристалічну решітку алмазу. Зрозуміло, що такий метод аж ніяк не можна назвати простим, його реалізація вимагає використання високоміцного і теплостійкого механічного обладнання, що негативно позначається на вартості кінцевого продукту, тобто штучних алмазів. Новий метод, розроблений стэндфордскими вченими, дозволяє створити гнучке і просте виробництво синтетичних алмазів, вартість яких буде дорівнює лише невеликої частини від вартості алмазів, отриманих традиційним шляхом.
Як це часто буває в науці, новий метод виготовлення синтетичних алмазів став "побічним відкриттям, зробленим в ході досліджень, спрямованих зовсім в іншу сторону. Спочатку стендфордський вчені працювали над графеном з метою спрощення технології його застосування в транзисторах. Група, очолювана Сарпом Кая (Sarp Kaya), помістила на платинову підкладку кілька шарів графенової плівки і піддала верхній шар хімічної обробки воднем. І замість того, щоб отримати черговий варіант високоефективної заміни кремнію, вчені зареєстрували початок ланцюгової реакції, яка перетворила кристалічну структуру кількох графенових шарів в один алмазний кристал.
Проводячи більш ретельні дослідження, вчені з'ясували, що присутність водню є причиною утворення ковалентних хімічних зв'язків між нижнім шаром графену і платиновим підставою. Пізніше, за сприяння того ж самого водню до отриманої нижньої частини кристалічної решітки майбутнього алмазу подібним чином починають приєднуватися і більше верхні шари графена, а платинове підставу в ході подальших перетворень виконує роль стабілізатора структури майбутнього кристала.
Вчені сподіваються, що подальші дослідження в цьому напрямку дозволять їм зрозуміти всі тонкощі процесів, що відбуваються, і вони навчаться за допомогою простих технологій перетворювати одну будь-яку форму вуглецю в будь-яку іншу, змінюючи такі параметри, як матеріал підстави, кількість вуглецевих шарів, тиск водню і температуру.