Almaz (vanakreeka keelest ἀδάμας - "hävimatu") on kõige raskem, korrosioonikindlam, kõige soojusjuhtivam mineraal, kuid see pole asja mõte ega räägi isegi selle imelistest ehete omadustest. Pöördugem Almazi poole kui … tuleviku kõige väärtuslikumale pooljuhile, siis kaalume võimalusi selle hankimiseks malmist kütteakus ja lõpuks saame aru, et see väärtuslik mineraal pole miljonite aastate vanune! Ja nagu mu lugejad arvavad, on ka vesinik siin asendamatu!
Super teemandid - pooljuhid
Teemant on mineraalne, kuupmeetriline allotroopne süsiniku vorm. Tavalistes tingimustes on see metastabiilne, see tähendab, et see võib eksisteerida määramata aja jooksul. Vaakumis või inertgaasis kõrgendatud temperatuuridel (2000 ° C) muutub see järk-järgult grafiidiks, õhus põleb teemant temperatuuril 850-1000 ° C. Kõige raskem kokkusurumatu mineraal, kõrgeim soojusjuhtivus 900–2300 W / (mK), kõrge murdumisnäitaja ja dispersioon.
Saadud õhukese gaasikile tõttu on teemandil õhus metalli suhtes väga madal hõõrdetegur. Edastab laias valikus elektromagnetilisi laineid, hakkab röntgen- ja katoodkiirguse mõjul hõõguma. Teemandite kivimitest kaevandamiseks kasutatakse praktikas laialdaselt röntgenvalgust luminestsentsi. Suur läbipaistvus ja kõrge murdumisnäitaja põhjustavad valgusekiirte peegeldumist kristallis mitu korda, luues ainulaadse "valguse mängu", mis teeb teemandist kõige väärtuslikuma vääriskivi.
Reklaamvideo:
Kõik teemandi struktuuris olevad süsinikuaatomid asuvad tetraeedri keskel, mille tipud on neli lähimat naabrit, mis selgitab teemandi suurimat kõvadust.
Oma tetravalentse struktuuri tõttu saab teemante pooljuhtides kasutada germaaniumi- ja ränikristallide asendajana. Kui germaaniumtransistorit saab kasutada temperatuuril kuni 75 ° C, räni-transistorit - kuni 125 ° C, siis saab teemanttransistoreid kasutada temperatuuril kuni 500 ° C! Sinised teemandid on hädavajalikud väikseimate temperatuurimuutuste mõõtmiseks tundlikkusega 0,002 ° C ning lisaks kõrgele happekindlusele ja kuumakindlusele pole neil selles piirkonnas konkurente!
Teemantide päritolu
Teemandid kristalliseeruvad vahevöös vähemalt 200 km sügavusel rõhul 4 GPa ja temperatuuril 1000–1300 ° C ning kanduvad pinnale kimberlite torude moodustumisega kaasneva plahvatusliku protsessi tagajärjel.
Meteoriitides leiti märkimisväärses koguses väikseid teemante. Nad on väga iidsed, päikesepisteelsed. Need moodustuvad ka hiiglaslikes meteoriidikraatrites, kus ümbersulatatud kivimid sisaldavad märkimisväärses koguses peent kristalset teemanti. Seda tüüpi tuntud maardlaks on Siberi põhjaosas asuv Popigai astroblema.
Teemandi moodustumise protsess hüdriidi Maa teooria seisukohast
Tuuma metallhüdriidist vabanev vesinik jõuab ülemise vahevööni, kus see reageerib raua-süsinikuühenditega, tõrjudes selle puhta kujul välja. Kui välistingimused (rõhk ja temperatuur) vastavad, muutub süsinik teemandiks.
Teemandite vesinikukeskkonnas kasvatamise illustreeriva eksperimendi pani meie kaasmaalane V. N. Larin üles kaheksakümnendatel. Tavaliselt toodetakse kunstlikke teemante grafiidist temperatuuril 2000-3000 ° C ja rõhul 100-200 tuhat atmosfääri. See on väga kallis. Vladimir Nikolajevitš töötas välja režiimi "temperatuur-rõhk". Ta paigutas malmist aku tüki vesiniku atmosfääri pressi alla, kus temperatuuril 650 ° C eemaldas vesinik malmist vaba süsiniku, mis 18 000 atmosfääri rõhul muutus teemantideks.
Tulemusi kajastas V. N. artikkel "Teemandid akust". Larin [Spark N22 (4649) alates 02.07.2000]
Kirjeldatud teemandite moodustumise protsessis ei esine põhimõtteliselt erimeelsusi üldtunnustatud teadusliku teooriaga. Välja arvatud vesiniku enda päritolu, mida klassikalises tähenduses peetakse orgaaniliste ühendite lagunemissaaduseks. Enamik geolooge seob teemantide moodustumist vahevöös näiteks süsivesinike lagunemise tõttu: CH4 → C + 2H2, kuid me mõistame, et subduktsioonitsoonid, mille kaudu orgaanilised ühendid võisid hüpoteetiliselt vahevöösse siseneda, asuvad „Vaikse ookeani tuletõrjes” ja teemantmaardlatel on täiesti erinev geograafia!
Geoloogilised ja geokeemilised andmed võimaldasid Venemaa loodusteaduste akadeemia akadeemikul professor Aleksander Portnovil esitada hüpoteesi teemantkivide kimberliittorude päritolu kohta, kui platvorme "läbistavad" hiiglaslikud vesiniku-metaani "mullid", mis on seotud Maa degaseerimisega. Sel juhul ei ilmu teemandikristallid mitte vahevöösse, vaid torudesse, vahevöö rõhu languse ja metaani osalise oksüdeerumisega. Erinevalt tehnilistel eesmärkidel sulametallidest saadud madala kvaliteediga teemantidest eristuvad metaanist pärinevad teemandid puhtuse ja läbipaistvuse poolest. Pole kahtlust, et De Beersi ettevõte ei säästnud raha huvitavate gaasi termotuumasünteesi projektide ostmiseks, et neid igavesti oma seifidesse peita.
Maised teemandid pole miljonite aastate vanused
Kaasaegne teadus dateerib teemante miljonitele (umbes miljarditele) aastatele. Kuid paljud neist sisaldavad süsiniku 14 isotoope ja kristalli sees!
Nagu teate, toimub 14C radioisotoobi süsiniku β kõdunemine, poolestusajaga T1 / 2 = 5730 ± 40 aastat, lagunemiskonstandi λ = 1,20910−4 aasta - 1
See tähendab, et see meetod ei saa dateerida sündmusi, mis on vanemad kui kümme poolestusaega, selgub umbes 57,5 tuhat aastat (ka meetodi autorid kirjutasid sellest). Seetõttu, kui meil on mingeid sisemisi (ilma väliste lisanditeta) kandjaid, mis sisaldavad 14C, olgu selleks siis teemandid, graniidid, kivisüsi või kivistunud puit, võime kohe öelda, et need mineraalid on vähem kui 60 tuhat aastat vanad (vastasel juhul oleks kogu süsinik 14 täielikult lagunenud)!
Naturaalsed mustad teemandid
Neil väga harvadel monokristallidel on tänu grafiidi lisanditele tõepoolest loomulik must värv. Siiski on ka tumeda, tiheda halli, pruuni või rohelise värvusega kristalle, mis peegeldunud valguses näevad mustad välja. Need on läbipaistmatud või poolläbipaistvad, enamasti mitmesuguste lisanditega, mis raskendavad nende töötlemist. Kuid kui teemandil on ühtlane värv ja minimaalsed sisemised puudused, saab sellest suurepärase kvaliteediga musta teemandi.
Mustad süsinikteemandid
Karbonado on polükristalliline moodustis, mis koosneb paljudest tihedalt keevitatud pisikestest teemantidest ränimuldpõhjas. Kristallide adhesioon on ebahomogeenne, seetõttu on karbonado poorse struktuuriga. See sisaldab grafiiti ja rauaühendeid - hematiiti ja magnetiiti, mis põhjustavad tumedat värvi. Suur lisandite arv muudab süsinikado läbipaistmatuks. Teemantkristallide vastastikune paigutus ei peegelda valgust, vaid pigem neelab seda, jättes ilma kuulsa teemandi sära ehk "mängu" moodustumisest. Polükristallilise struktuuri iseärasused määravad karbonaadi erakorralise tugevuse, erinevalt tavalistest teemantidest, mis on üsna habras.
Brookhaveni riikliku labori ameerika teadlaste rühm, mida juhendavad Stephen Haggerty ja Mark Chance, usuvad, et süsinikadoad tekkisid siis, kui supernoova plahvatas vaakumis. Teadlased leidsid mustadest teemantproovidest mõned haruldased titaani, lämmastiku ja vesiniku ühendid, mida on seni leitud ainult meteoriitidest. Kujutage vaid ette: teemantvihm Brasiilia ja Kesk-Aafrika Vabariigi kohal, kus nüüd leitakse mustaid teemante.
Kujutage ette: supernoova plahvatus, kolossaalne rõhk ja … temperatuur! Oh, seal on ebakõla, teemant sulab temperatuuril vaid 4000 kraadi. See tähendab, et süsiniku moodustumise tsoon oli tähe plahvatuse äärealal, kuid kuidas on lood vaakumis oleva rõhuga?
Kas karbonado maapealset päritolu pole lihtsam oletada? Jah, see pole nii värviline, ilma supernoova plahvatuse ja teemantmeteoorita! Tavalises maapealses vulkaanis, kus planeedi soolestikust väljuvad alati metaani ja vesiniku voolud, moodustuvad väikeste teemantide rühmad, mis kristallumise käigus kasvavad kokku puruks. Titaan, lämmastik ja vesinik pole vulkaanilistes kivimites haruldased!
1993. aastal leiti sütšatit lambidest Kamtšatka Avachinsky vulkaani idanõlval. Ma leian, et sellised leiud pole maapealsetes tingimustes juhuslikud, pidades silmas VN Larini teooriat maakera hüdriidi kohta.
Ettevõtlikud ameeriklased, analüüsinud karbonaadi, hindasid koheselt väljavaateid kasutada räni asendajaks elektroonikatööstuses superaliamiine.
Töötati välja tehnoloogia superamandlite tootmiseks: keemiline sadestumine (CV) gaasifaasis madalal rõhul! Väike teemanditera paigutatakse vaakumkambrisse atmosfäärirõhust madalamal, kambrit kuumutatakse, seejärel pumbatakse sinna metaan ja siis, kuidas saaks ilma selleta olla vesinik. Seejärel luuakse mikrolained, mille tulemusel süsinikuaatomite pilv vabaneb ja ladestub viljale. Sel viisil saate kasvatada mitte ainult tavalisi kristalle, vaid ka teemantplaati, mille paksus on alla millimeetri! Need plaadid juhivad elektrit, neil on ainulaadne soojusjuhtivus ja nad peavad vastu kõrgetele temperatuuridele. Nad teevad täiuslikud, suure integratsioonivõimega mikrolülitused ja vastupidavad ülekuumenemisele!
Selliste karbonaadimaterjalide rakendusala on lai: alates mittekandvatest tehisliidetest kuni nanoresonaatoriteni (kõigi akustiliste seadmete alus) ja superkiibideni. Olen kindel, et tulevase põlvkonna arvutitel on südames teemantprotsessor, mitte räni, mis on valmistatud vesinikutehnoloogia abil!
Teemandite saamise prioriteet gaasifaasist ja plasmast kuulub NSVL Teaduste Akadeemia füüsikalise keemia instituudi (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.) teadlaste meeskonnale. Nad kasutasid gaasikeskkonda, mis koosnes 95% vesinikust ja 5% süsinikku sisaldavast gaasist (propaan, atsetüleen), samuti substraadile kontsentreeritud kõrgsagedusplasmast, kus moodustub teemant (CVD protsess). Gaasi temperatuur on + 700 … 850 ° C atmosfäärirõhust kolmkümmend korda madalamal rõhul.
Tahaksin väga, et selles läbimurdelises tehnoloogias, mis põhineb meie instituutide ja XX sajandi 60–90-ndate kaasmaalaste avastustel, ei jääks me USA-st maha nende arengute elluviimisega, mis lubavad kolossaalseid dividende!
Autor: Igor Dabakhov
