Almaz (van het oude Griekse ἀδάμας - "onverwoestbaar") is het hardste, meest corrosiebestendige, het meest warmtegeleidende mineraal, maar daar gaat het niet om, en zelfs niet over zijn prachtige sieradeneigenschappen. Laten we Almaz bekijken als … de meest waardevolle halfgeleider van de toekomst, dan zullen we de mogelijkheden overwegen om het te verkrijgen van een gietijzeren radiator, en tot slot zullen we begrijpen dat dit waardevolle mineraal niet miljoenen jaren oud is! En zoals mijn lezers raden, is waterstof ook hier onmisbaar!
Superdiamanten - halfgeleiders
Diamant is een minerale, kubische allotrope vorm van koolstof. Onder normale omstandigheden is het metastabiel, dat wil zeggen, het kan voor onbepaalde tijd bestaan. In vacuüm of in een inert gas bij verhoogde temperaturen (2000 ° C) verandert het geleidelijk in grafiet, in lucht brandt diamant uit bij 850-1000 ° C. Het moeilijkste onsamendrukbare mineraal, de hoogste thermische geleidbaarheid 900-2300 W / (mK), hoge brekingsindex en dispersie.
Door de resulterende dunne gasfilm heeft diamant een zeer lage wrijvingscoëfficiënt tegen metaal in lucht. Zendt een breed scala aan elektromagnetische golven uit, begint te gloeien onder invloed van röntgen- en kathodestraling. Röntgenluminescentie wordt in de praktijk veel gebruikt om diamanten uit rotsen te halen. Hoge transparantie en hoge brekingsindex zorgen ervoor dat de lichtstralen vele malen in het kristal worden gereflecteerd, waardoor een uniek "lichtspel" ontstaat, wat een diamant tot een waardevol juweel maakt.
Promotie video:
Elk koolstofatoom in de structuur van een diamant bevindt zich in het midden van een tetraëder, waarvan de hoekpunten de vier naaste buren zijn, wat de hoogste hardheid van diamant verklaart.
Vanwege zijn vierwaardige structuur kunnen diamanten worden gebruikt als vervanging voor germanium- en siliciumkristallen in halfgeleiders. Als een germaniumtransistor kan worden gebruikt bij temperaturen tot 75 ° C, een siliciumtransistor - tot 125 ° C, dan kunnen diamanttransistors worden gebruikt bij temperaturen tot 500 ° C! Blauwe diamanten zijn onmisbaar voor het meten van de kleinste temperatuurveranderingen met een gevoeligheid van 0,002 ° C, en naast een hoge zuurbestendigheid en hittebestendigheid hebben ze op dit gebied geen concurrenten!
De oorsprong van diamanten
Diamanten kristalliseren in de mantel op een diepte van 200 km of meer bij een druk van 4 GPa en een temperatuur van 1000-1300 ° C en worden naar de oppervlakte gedragen als gevolg van explosieve processen die de vorming van kimberlietpijpen begeleiden.
Kleine diamanten werden in grote hoeveelheden in meteorieten gevonden. Ze zijn van zeer oude, pre-solaire oorsprong. Ze vormen zich ook in gigantische meteorietkraters, waar de omgesmolten rotsen aanzienlijke hoeveelheden fijne kristallijne diamant bevatten. Een bekende afzetting van dit type is het Popigai astroblema in het noorden van Siberië.
Het proces van diamantvorming vanuit het oogpunt van de hydride Earth-theorie
De waterstof die vrijkomt uit het metaalhydride van de kern bereikt de bovenmantel, waar het reageert met ijzer-koolstofverbindingen, waardoor de laatste in zijn pure vorm wordt verdrongen. Als de externe omstandigheden (druk en temperatuur) overeenkomen, verandert de koolstof in diamant.
Een illustratief experiment met het kweken van diamanten in een waterstofomgeving werd georganiseerd door onze landgenoot V. N. Larin in de jaren tachtig. Gewoonlijk worden kunstmatige diamanten gemaakt van grafiet bij een temperatuur van 2000-3000 ° C en een druk van 100-200 duizend atmosfeer. Het is erg duur. Vladimir Nikolajevitsj ontwikkelde de "temperatuur-druk" -modus. Ik plaatste een stuk van een gietijzeren batterij in een waterstofatmosfeer onder een pers, waar bij een temperatuur van 650 ° C waterstof vrije koolstof verdreef uit het gietijzer, dat bij een druk van 18 duizend atmosfeer in diamanten veranderde.
De resultaten werden weerspiegeld in het artikel "Diamonds from a Battery" van V. N. Larin [Spark N22 (4649) van 02.07.2000]
In het beschreven proces van diamantvorming zijn er geen fundamentele meningsverschillen met de algemeen aanvaarde wetenschappelijke theorie. Behalve de oorsprong van waterstof zelf, dat in de klassieke zin wordt beschouwd als een vervalproduct van organische verbindingen. De meeste geologen associëren de vorming van diamanten in de mantel bijvoorbeeld als gevolg van het verval van koolwaterstoffen: CH4 → C + 2H2, maar we begrijpen dat de subductiezones waardoor organische stoffen hypothetisch de mantel zouden kunnen binnendringen, zich in de 'Pacific Ring of Fire' bevinden, en diamantafzettingen hebben een heel andere geografie!
Geologische en geochemische gegevens stelden de academicus van de Russische Academie voor Natuurwetenschappen, professor Alexander Portnov, in staat om een hypothese voor te stellen over de oorsprong van diamanthoudende kimberlietpijpen wanneer de platforms worden "doorboord" door gigantische waterstof-methaan "bellen" die verband houden met het ontgassen van de aarde. In dit geval verschijnen diamantkristallen niet in de mantel, maar in leidingen, met een afname van de manteldruk en gedeeltelijke oxidatie van methaan. In tegenstelling tot diamanten van lage kwaliteit die voor technische doeleinden worden verkregen uit gesmolten metalen, onderscheiden diamanten uit methaan zich door hun zuiverheid en transparantie. Het lijdt geen twijfel dat het bedrijf De Beers geen geld heeft gespaard om interessante gasfusieprojecten op te kopen om ze voor altijd in hun kluizen te verbergen.
Aardse diamanten zijn niet miljoenen jaren oud
De moderne wetenschap dateert diamanten tot miljoenen (enkele miljarden) jaren. Maar veel van hen bevatten isotopen van koolstof 14, en in het kristal!
Zoals u weet, is de radio-isotoop koolstof 14C onderhevig aan β-verval met een halfwaardetijd T1 / 2 = 5730 ± 40 jaar, de vervalconstante λ = 1,20910−4 jaar - 1
Dit betekent dat deze methode geen gebeurtenissen ouder dan tien halfwaardetijden kan dateren, het blijkt ongeveer 57,5 duizend jaar te zijn (de auteurs van de methode schreven hierover ook). Daarom, als we interne (zonder externe onzuiverheden) insluitsels hebben die 14C bevatten, of het nu gaat om diamanten, graniet, steenkool of versteend hout, kunnen we onmiddellijk stellen dat deze mineralen minder dan 60.000 jaar oud zijn (anders zou alle koolstof 14 volledig zijn vergaan)!
Natuurlijke zwarte diamanten
Deze zeer zeldzame eenkristallen hebben echt een natuurlijke zwarte kleur dankzij de insluitsels van grafiet. Er zijn echter ook kristallen met een donkere, dichte grijze, bruine of groene kleur, die in gereflecteerd licht er zwart uitziet. Ze zijn ondoorzichtig of semi-transparant, meestal met verschillende insluitsels die de verwerking bemoeilijken. Maar als de diamant een egale kleur heeft en minimale interne defecten, dan kan er een zwarte diamant van uitstekende kwaliteit uit worden verkregen.
Zwarte carbonado-diamanten
Carbonado is een polykristallijne formatie gevormd door vele strak gelaste kleine diamanten in een siliciumhoudende basis. De adhesie van kristallen is inhomogeen, daarom heeft carbonado een poreuze structuur. Het bevat grafiet- en ijzerverbindingen - hematiet en magnetiet, die een donkere kleur veroorzaken. Het grote aantal insluitsels maakt de carbonado ondoorzichtig. De onderlinge rangschikking van diamantkristallen reflecteert het licht niet, maar absorbeert het, waardoor de vorming van de beroemde diamantschittering of "game" wordt ontzegd. De eigenaardigheden van de polykristallijne structuur bepalen de buitengewone sterkte van carbonado, in tegenstelling tot gewone diamanten, die vrij kwetsbaar zijn.
Een groep Amerikaanse wetenschappers van Brookhaven National Laboratory, onder leiding van Stephen Haggerty en Mark Chance, gelooft dat carbonado's zijn ontstaan toen een supernova in een vacuüm explodeerde. Onderzoekers hebben enkele zeldzame verbindingen van titanium, stikstof en waterstof gevonden in monsters van zwarte diamant, die tot nu toe alleen in meteorieten zijn aangetroffen. Stel je voor: diamantenregen boven Brazilië en de Centraal-Afrikaanse Republiek, waar nu zwarte diamanten worden gevonden.
Stel je voor: een supernova-explosie, kolossale druk en … temperatuur! Oh, er is een mismatch, de diamant smelt bij slechts 4000 graden Celsius. Dit betekent dat de carbonadovormingszone zich aan de rand van de explosie van de ster bevond, maar hoe zit het dan met de druk in een vacuüm?
Is het niet gemakkelijker om de aardse oorsprong van carbonado aan te nemen? Ja, het is helaas niet zo kleurrijk zonder een supernova-explosie en een diamanten meteorenregen! In een gewone aardse vulkaan, waar altijd methaan- en waterstofstromen uit de ingewanden van de planeet komen, worden groepen kleine diamanten gevormd, die tijdens het kristallisatieproces samen uitgroeien tot een druse. Titanium, stikstof en waterstof zijn niet ongewoon in vulkanisch gesteente!
In 1993 werd carbonado gevonden in avachieten, op de oostelijke helling van de Avachinsky-vulkaan in Kamtsjatka. Ik beschouw dergelijke vondsten niet toevallig in aardse omstandigheden, in het licht van VN Larins Theory of Hydride Earth.
Ondernemende Amerikanen, die carbonado hadden geanalyseerd, beoordeelden onmiddellijk de mogelijkheden om superaliamanten in de elektronica-industrie te gebruiken als vervanging voor silicium.
Er werd een technologie ontwikkeld om superaliamanten te produceren: chemische depositie (CVD) uit de gasfase bij lage druk! Een kleine diamantkorrel wordt in een vacuümkamer geplaatst met een druk lager dan de atmosferische druk, de kamer wordt verwarmd, dan wordt methaan erin gepompt en dan, nou ja, hoe zou het zonder waterstof kunnen zijn. Er ontstaan dan microgolven, waardoor een wolk van koolstofatomen vrijkomt en op het graan wordt afgezet. Op deze manier kun je niet alleen de gebruikelijke kristallen laten groeien, maar ook een diamantplaat van minder dan een millimeter dik! Deze platen geleiden elektriciteit, hebben een unieke thermische geleidbaarheid en zijn bestand tegen hoge temperaturen. Ze vormen perfecte microschakelingen met een hoge mate van integratie en bestand tegen oververhitting!
Het toepassingsgebied van dergelijke carbonadematerialen is breed: van slijtvaste kunstgewrichten tot nanoresonatoren (de basis van alle akoestische apparatuur) en superchips. Ik ben er zeker van dat de toekomstige generatie computers een diamantprocessor in hun hart zal hebben, geen siliciumprocessor, gemaakt met behulp van waterstoftechnologie!
De prioriteit van het verkrijgen van diamanten uit de gasfase en plasma ligt bij een team van onderzoekers van het Institute of Physical Chemistry van de USSR Academy of Sciences (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Ze gebruikten een gasomgeving bestaande uit 95% waterstof en 5% koolstofhoudend gas (propaan, acetyleen), evenals hoogfrequent plasma geconcentreerd op het substraat, waar de diamant zelf wordt gevormd (CVD-proces). Gastemperatuur van + 700 … 850 ° C bij een druk dertig keer lager dan atmosferisch.
Ik zou heel graag willen dat we in deze baanbrekende technologie, die gebaseerd is op de ontdekkingen van onze instituten en landgenoten uit de jaren 60-90 van de twintigste eeuw, niet achterblijven bij de Verenigde Staten met de implementatie van deze ontwikkelingen, die enorme dividenden beloven!
Auteur: Igor Dabakhov
