میلیاردها سال را فراموش کنید: دانشمندان در عرض ۱۵۰ دقیقه الماس ساختند

میلیاردها سال طول می‌کشد تا الماس‌های طبیعی تحت فشار و دمای شدید در اعماق زمین تشکیل شوند. اشکال مصنوعی الماس را می‌توان خیلی سریع تر ساخت، اما تولید آن‌ها نیز معمولا به چند هفته زمان نیاز دارد.

بااین‌حال، روش جدیدی برای ساخت الماس ارائه شده که مبتنی بر مخلوطی از فلزات مایع است و می‌تواند در عرض چند دقیقه الماس مصنوعی حاصل کند. همچنین در این روش به فشار بالا نیازی نیست.

درحالی‌که برای تولید الماس مصنوعی جدید همچنان به دمای بالای نیاز بود (در محدوده ۱۰۲۵ درجه سانتیگراد)، لایه پیوسته‌ای از الماس طی ۱۵۰ دقیقه تحت فشار یک اتمسفر تولید شد. این فشار معادل فشاری است که در سطح دریا احساس می‌کنیم و ده‌ها هزار بار کمتر از فشاری است که معمولا برای ساخت الماس نیاز است.

به‌گزارش ساینس‌آلرت، پژوهشگران موسسه علوم پایه کره جنوبی که این رویکرد نوآورانه را کشف کرده‌اند، اطمینان دارند که فرایند جدید را می‌توان در مقیاس وسیع برای تولید الماس مصنوعی به کار برد.

حل کردن کربن در فلز مایع برای ساخت الماس روش کاملا جدیدی نیست. برای مثال، شرکت جنرال الکتریک نیم قرن پیش فرایندی را با استفاده از سولفید آهن مذاب توسعه داد. اما این فرایندها همچنان به فشارهای ۵ تا ۶ گیگاپاسکال و ذره‌ای الماس نیاز داشتند که کربن به آن بچسبد. پژوهشگران در مقاله خود می‌نویسند: «ما روشی برای پروراندن الماس در فشار یک اتمسفر و تحت دمای متوسط با استفاده از آلیاژ فلز مایع کشف کردیم.»

کاهش فشار درنتیجه‌ی استفاده ترکیب دقیقی از فلزات مایع گالیم، آهن، نیکل و سیلیکون به دست آمد. سیستم خلاء سفارشی درون محفظه گرافیتی ایجاد شد تا وقتی فلز درمعرض ترکیبی از متان و هیدروژن قرار می‌گرفت، دما به سرعت بالا رفته و سپس کاهش پیدا کند. این شرایط موجب می‌شود اتم‌های کربن متان درون فلز ذوب‌شده پخش شوند و به‌عنوان دانه الماس عمل کنند. پس از ۱۵ دقیقه، قطعات ریز بلورهای الماس از فلز مایع زیر سطح ظاهر شدند، درحالی‌که پس از دو و نیم ساعت لایه پیوسته‌ای از الماس ایجاد شد.

گرچه غلظت کربن تشکیل‌دهنده کریستال‌ها در عمق چند صدنانومتر کاهش می‌یافت، پژوهشگران معتقدند فرایند را با چند ترفند می‌توان بهبود داد. طبق پیشنهاد آن‌ها، تغییراتی مانند استفاده از سطح بزرگ‌تر، پیکربندی عناصر گرمایشی برای دستیابی به منطقه رشد بزرگ‌تر و توزیع کربن در ناحیه رشد الماس می‌تواند فرایند را ارتقاء دهد. البته، این تغییرات زمان می‌برد و پژوهش درمورد آن‌ها در مراحل ابتدایی است، اما بنا به باور نویسندگان پتانسیل بالایی دارد و می‌توان از فلزات مایع دیگر نیز برای دستیابی به نتایج مشابه یا حتی بهتر استفاده کرد.

فرآیندی که درحال‌حاضر برای ساخت اکثر الماس های مصنوعی استفاده می‌شود (که برای طیف وسیعی از فرایندهای صنعتی، الکترونیک و حتی کامپیوترهای کوانتومی استفاده می‌شود)، چند روز طول می‌کشد و به فشار بسیار بیشتری نیاز دارد.

اگر پتانسیل تکنیک جدید تایید شود، ساخت الماس بسیار سریع‌تر و آسان‌تر خواهد شد. پژوهشگران می‌گویند رویکرد استفاده از فلزات مایع می‌تواند پرورش الماس را در سطوح مختلف تسریع کند و شاید بتواند رشد الماس را روی ذرات کوچک الماس نیز تسهیل کند.

پژوهش در مجله‌ی Nature منتشر شده است.