با ۲٫۵ ساعت انتظار، الماس خودتان را بسازید

الماس، سخت‌ترین ماده طبیعی روی زمین طی میلیاردها سال تحت فشار و دمای بالای اعماق زمین تشکیل می‌شود. حال پژوهشگران توانسته‌اند این بلور ارزشمند را طی ۱۵۰ دقیقه بسازند.

الماس‌های طبیعی میلیاردها سال زمان لازم دارند تا تحت فشار و دمای شدید در اعماق زمین شکل بگیرند، اما شکل‌های مصنوعی آن را می‌توان خیلی سریع‌تر تولید کرد، هرچند که طی دهه‌های گذشته این فرآیند طی چند هفته با اعمال فشار بسیار شدید انجام می‌شد.

اکنون یک روش جدید مبتنی بر ترکیبی از فلزات مایع می‌تواند بلور الماس مصنوعی را در عرض چندین دقیقه تشکیل دهد، آن هم بدون نیاز به فشار بسیار زیاد. جزئیات این یافته در نشریه نیچر منتشر شده است.

فرآیند جدید در دمای بالای حدود ۱۰۲۵ درجه سلسیوس (سانتی‌گراد) لایه‌ای از الماس پیوسته ظرف ۱۵۰ دقیقه و در فشار یک اتمسفر (همان فشار هوا در سطح دریا) تشکیل می‌شود. فشار موردنیاز، ده‌ها هزار بار کمتر از فشاری است که تاکنون برای تولید الماس مصنوعی موردنیاز بود.

محققان موسسه علوم پایه در کره جنوبی با دست‌یابی به این فرآیند، ابراز اطمینان کرده‌اند که این فرآیند می‌تواند برای ایجاد تفاوت قابل‌توجهی در تولید الماس مصنوعی بهینه شود.

حل کردن کربن در فلز مایع برای ساخت الماس، روش کاملاً جدیدی نیست. شرکت جنرال‌الکتریک نیم‌قرن پیش فرآیند مشابهی را با استفاده از سولفید آهن مذاب توسعه داد، اما آن فرآیند همچنان به فشار ۵ تا ۶ گیگاپاسکال و یک‌دانه الماس نیاز داشت تا کربن‌ها به آن بچسبد.

جزئیات روش جدید

محققان در مقاله خود گفته‌اند: «ما روشی برای رشد الماس در فشار یک اتمسفر و در دمای متوسط با استفاده از آلیاژ فلز مایع کشف کردیم. کاهش فشار با استفاده از مخلوطی دقیق از فلزات مایع شامل گالیوم، آهن، نیکل و سیلیکون به دست آمد. یک سیستم خلأ سفارشی داخل محفظه‌ای گرافیتی ساخته شد تا فلز را درحالی‌که در معرض ترکیبی از متان و هیدروژن قرار می‌گیرد، به‌سرعت گرم و سپس خنک کند.

این شرایط باعث می‌شود اتم‌های کربنِ متان درون فلز ذوب‌شده پخش شوند و به‌عنوان دانه الماس عمل کنند. تنها پس از ۱۵ دقیقه، قطعات کوچکی از بلورهای الماس از فلز مایع درست زیر سطح بیرون زدند و درنهایت پس از گذشت دو ساعت و نیم از آغاز این فرآیند، نوار پیوسته‌ای از الماس شکل گرفت.

البته ضخامت این لایه بلور الماس تنها چند صد نانومتر است، اما محققان انتظار دارند که این فرآیند با چند ترفند بهبود یابد. آن‌ها می‌گویند: «ما فکر می‌کنیم که در اصلاحاتی ساده، می‌توان با استفاده از سطح یا رابط بزرگ‌تر با پیکربندی عناصر گرمایشی برای دستیابی به منطقه رشد بالقوه بزرگ‌تر و با توزیع کربن در منطقه رشد الماس با روش‌های جدید، رشد الماس را در مقیاسی بزرگ امکان‌پذیر کرد».

این تغییرات زمان می‌برد و تحقیقات در مورد این فرآیند هنوز در مراحل اولیه است، اما نویسندگان این مطالعه فکر می‌کنند که این روش پتانسیل زیادی دارد و می‌توان فلزات مایع دیگر را برای کسب نتایج مشابه یا حتی بهتر ترکیب کرد.

فرآیندی که در حال حاضر برای ایجاد اکثر الماس‌های مصنوعی در طیف گسترده‌ای از فرآیندهای صنعتی، الکترونیک و حتی رایانه‌های کوانتومی استفاده می‌شود، چندین روز زمان نیاز دارد و به فشار بسیار بیشتری نیاز دارد. حالا اگر این روش جدید پتانسیل خود را اثبات کند، ساخت الماس بسیار سریع‌تر و بسیار آسان‌تر خواهد شد.

محققان می‌گویند: رویکرد کلی استفاده از فلزات مایع می‌تواند رشد الماس را در سطوح مختلف تسریع کند و پیش ببرد و شاید رشد الماس را بر روی ذرات کوچک الماس تسهیل کند.

منبع: ایسنا