Elza, Natália, Blanka, Bonita2020. december 01., kedd
Tudomány

Szupergyémántok 2. rész

2010.02.25.Admin
National Geographic Magyarország

A gyémántokhoz egyetlen más anyag sem fogható. Négyszer keményebbek, mint a Földön fellelhető többi ásvány, ellenállnak a korróziónak, vezetik a hőt, néhányuk pedig az áramot is. Rendkívül tartósak, ellenállnak a melegnek, a hidegnek és mindenféle szélsőségnek. Ha a tudomány ki tudja aknázni e kövek különleges tulajdonságait, új korszakot nyithat meg: a gyémánt korát.

Az előző részt itt<< olvashatja.

Fekete gyémánt
Dél-Amerikában és Közép-Afrikában különös, megperzselődött köveknek látszó tárgyakat találtak a geológusok. A vizsgálatok során azonban kiderült, hogy a kövek valójában gyémántok. Fekete gyémántok.

Feketeszénre emlékeztető színük miatt karbonádóknak nevezik őket. Létük évszázadok óta ismert, a keletkezésüket azonban homály fedi. Nagy rejtélyük, hogy ezek a kövek nem rendelkeznek a Föld köpenyében keletkezett gyémántok sajátosságaival. A köpenyben óriási nyomás alatt, magas hőmérsékleten alakulnak ki a gyémántok, ezért tömörek és nagy a sűrűségük. A fekete gyémántok nem ilyenek. Rengeteg üres hely van bennük, mikroszkóppal megfigyelhetők az őket átjáró üregek. A Föld belsejében ezeket az üregeket kitöltené valami, de ezekben nincs semmi.

A karbonidok a megszokott gyémántoktól eltérően nem egy, hanem több millió összekapcsolódó kristályból állnak. A kutatók ebből arra következtetnek, hogy nem nagy nyomás alatt jönnek létre, mint a többi gyémánt, hanem kis nyomású környezetben.

A karbonádó keletkezésének jelenleg elfogadott elmélete szerint a kis gyémántszemcsék szupernóva-robbanásokban jönnek létre. A forró gyémántok egymásnak ütközve összetapadnak és kialakul belőlük a nagyméretű kő. A viharos folyamat során egyéb ásványi szemcsék is beletapadnak a nagy gyémántba, ezért látjuk azt feketének. A gyémántokat aztán a bolygónkba becsapódó meteorok szállítják a Földre.

A Channel ajánlata
A National Geographic filmjében három kontinens tudományos boszorkánykonyháiba pillantunk be, meglesve, hogy napjaink alkimistái miként kísérleteznek a jövő szupergyémántjának kicsiszolásával.

A film a Mindennapi tudomány című sorozat része, amely korunk legaggasztóbb és legcsodálatraméltóbb természeti jelenségeinek ered a nyomába a tudomány és a technika modern eszközeivel felszerelkezve. A sorozat következő részei:

Földön kívüli élet – február 26-án (pénteken) 11:00 órakor
Vezúv, a kitörés – február 28-án vasárnap 23:00 órakor
Óriás-tűzhányók – március 1-én hétfőn 11:00 órakor

meg.

A karbonádónak a gyémánttal szemben a méretén és alakján kívül még egy előnye van. Több kristályból álló szerkezete miatt nem csupán nagyobb, de keményebb is. Széthasítani szinte lehetetlen.

A természetes gyémántoknak is van ugyanis gyenge pontja, legtöbbször nem hibátlanok, hanem törékenyek, de éppen ezt használják ki a gyémántcsiszolók az ékszerek készítése során. Számítógépes elemzés során feltárják a kő természetes törési síkjait, így kiszámítható a hasításra legalkalmasabb hely. Ma már lézer formálja a gyémántokat, de a hasítás műveletének kulcsa ma is a gyémánt természetes síkjának megtalálása. Ugyanis egy természetes, egyetlen kristályból álló gyémánt simán felhasad ott, ahol a kémiai kötései a leggyengébbek. A hasadási síkot követve a gyémántcsiszoló tökéletesen szétvághatja a követ.

A hasítható gyémántok azonban nem elég tartósak a korszerű ipari alkalmazások céljaira, így az erős szupergyémánt előállításának kulcsa a karbonádó több kristályból álló szerkezetének lemásolása.

Ehhez új elmélet látott napvilágot: a karbonád nyomás nélküli, vákuumban történő előállítási lehetősége, amellyel a gyémántgyártás új módszere született meg. Az elmélet szerint a karbonádó a szupergyémánt egy új fajtájának megjelenését készítette elő, amely minden korábbi kezdeményezésnél keményebb és nagyobb szintetikus követ eredményez.

A folyamatban (a kémiai rétegfelvitel gőzfázisából angol rövidítéssel CDC nevet viselő) alacsony nyomású környezetet hoznak létre. Kiindulásként egy apró gyémántmagot helyeznek el a légkörinél valamivel kisebb nyomású vákuumkamrában, majd a kamrát 2000 fokra melegítik fel. Széntartalmú metángázt , majd hidrogént szivattyúznak bele. A gázokat mikrohullámú sugárzásnak teszik ki, ami a hidrogén- és metánmolekulák gerjesztésével kiváltja azok ütközését. A folyamat szabad szénatomokat hoz létre, aamelyek a magra ülepednek le, és a gyémánt növekedni kezd. A mérete 24 óra alatt megkettőződik.

Kövek helyett lapok
Az USA washingtoni Tengerészeti Kutatólaboratóriumában nem különálló köveket, hanem hártyavékony gyémántlapokat növesztenek. Az egyik termékükhöz nem gyémántot használnak kiindulásként, hanem például egy szilícium lapkát, amelyre nagyon vékony rétegben parányi gyémántmagokat terítenek. (Mint amikor a só kiszóródik a konyhaasztalra, és az tele lesz sókristályokkal.) Ezt helyezik be a CVD környezetbe, ahol növekedni kezdenek. Miközben egymás mellett nőnek, egymáshoz érnek, és egyetlen testté válnak. Az egész egyetlen gyémánt, de sok különböző irányítottságú szemcséből áll.

Az egymáshoz kapcsolódó gyémántkristályokból rácsszerkezet jön létre a lapka mentén, amelynek vastagsága a fél millimétert sem éri el. Maga a lapka azonban akár 20 centiméter szélesre is növeszthető. Alakját a mintául használt forma szabja meg, így a szilíciumot felváltó lapkák készíthetők.

Ezek már valódi szupergyémántok; sokkal keményebbek, mint a természetes gyémánt, vezetik az áramot, és elviselik a szélsőségesen magas hőmérsékletet. Kitűnő mikrochipek készíthetők belőlük. Sokkal hatékonyabban vezetik a hőt, mint az elektromos berendezésekben hagyományosan alkalmazott réz.

Ezzel a páratlan tulajdonsággal érdemli ki a szupergyémánt a szuper jelzőt. A kutatók kezében most van először olyan anyag, amely megdöntheti a szilícium egyeduralmát.

A gyémánt lapkákkal készült mikrochipek gyorsabban és nagyobb teljesítménnyel, mégis a túlmelegedés veszélye nélkül működtethetnék az elektronikus berendezéseket. És az elektronika csupán a kezdet.

A holnap forradalma
A szupergyémántok szuper-érzékeny elektronikai berendezésektől a rendkívül tartós orvosi protézisekig sok mindenre használhatók.

Az alacsony nyomáson létrehozott szupergyémántok az egész jövőnket átformálják. Különösen a hadseregben alakítják majd át a távközlést. A szupergyémántból készülő állandóan használt berendezések, például rádiók, soha nem fognak az időjárás miatt meghibásodni.

Máris készülnek parányi hangátvivő eszközök, úgynevezett nano-rezonátorok, amelyekkel tartósabbá és hatékonyabbá tehetők a rádiók és számítógépek. Másodpercenként akár 100 milliárd rezgést is végezhetnek, hogy az eddig elért legjobb hangminőséget szolgáltassák, mégis a lehető legkeményebbek. Mindez egy emberi hajszál vastagságánál ezerszer kisebb gyémántnak köszönhető.

A gyémánt rezonátorok a mindennapi eszközökben, így a mobiltelefonokban is helyet kapnak majd, lehetővé téve a hosszabb beszélgetési időt és a kristálytiszta vételt.

A washingtoni Carnegie Intézet kutatói a tudomány néhány legnagyobb kérdésére igyekeznek választ találni, kezdve attól, hogy hogyan vezeti az áramot a nagy nyomású gáz, odáig, hogy hogyan maradnak életben a mikroszkopikus élőlények a szélsőséges körülmények között. Ezek a vizsgálatok rendkívüli nyomást igényelnek, amelyet egy gyémántüllő cellának nevezett erős préssel hoznak létre.

A présbe helyezett anyagot két gyémánthegy között nyomja össze, óriási nyomást keltve a belső térben. A szerkezet olyan rendkívüli erőket is képes előidézni, mint a Föld közepén uralkodó nyomás. A Carnegie-ben végzett kísérletekhez viszont ez sem volt elég. Ha a nyomást tovább növelték, a gyémántok összetörtek.

Tovább kellett fejleszteni az üllőt egy ultrakemény szupergyémánt felhasználásával.

A szupergyémánt megalkotása során a kristályokat nagy nyomáson és magas hőmérsékleten kezelték, hogy még keményebbé tegyék őket. Ezen a módon egy lépéssel közelebb jutottak a szupergyémánthoz. A gyémántjuk nem csupán sokszoros sebességgel, de sokkal nagyobbra, 15 karátosra nőtt. Csupán 6 nap alatt elkészítettek egy követ, amely harmadakkora, és 50%-kal keményebb, mint a Hope-gyémánt. Egy ilyen kő létrehozásához a természetnek évmilliárdokra van szüksége.

Ezt a követ a gyémántüllőben felhasználva akkora nyomást állíthattak elő, ami több milliószorosan meghaladja a Föld felszínén mérhetőt. Most már olyan szélsőséges erőket tudnak létrehozni, amilyeneket eddig soha nem vizsgáltak. Olyanokat, mint amilyenek a földköpenyben uralkodnak, ahol a nyomás a 130 igapascalt is elérheti. Ez négyzetméterenként 1300 tonna súlyának megfelelő erőt jelent.

A továbbfejlesztés választ kereshet arra a kérdése is, hogy van-e élet a Földön kívül.

Kutatók csoportja két elterjedt baktériumtörzzsel dolgozik. Az egyikük az E. coli. Folyadékba helyezik őket, és működésbe hozzák a gyémántüllőt. A folyadék a jég egy sűrű formájává alakul. és a roppant nyomás a baktériumok nagy többségét elpusztítja. Egy százalékuk azonban hihetetlen módon életben marad.

Ha a baktériumok képesek túlélni a kíméletlen körülményeket, akkor talán a világűrben, esetleg más bolygókon is létezhet élet.

Tiszta ragyogás
Az a ragyogás, ami vonzóvá teszi a gyémántékszereket, felfedi az anyag egy másik titkát, a tisztaságát. A gyémánt átlátszó, de lelassítja a rajta áthaladó fényt. A gyémántba belépő fény sebessége a sűrű szénrácsban a felénél is kevesebbre csökken. A kövön belül visszaverődő fény mintha több időt töltene odabent. Elérhető, hogy a fény teljesen visszaverődjön, és egy másik irányban lépjen ki. Ez okozza a gyémánt csillogását. Az egyik irányból beeső fény másfelé távozik, ami azt a látszatot kelti, hogy saját fénnyel ragyog, pedig nem így van. Mindössze új irányokba tereli a beeső fényt. Ettől tündököl a gyémánt.

Egyedülálló optikai tisztasága a korszerű optikai berendezések ideális alapanyagává teszi a gyémántot. A fény széles spektrumát átbocsátja, az ultraibolyától az infravörösig. A gyémánt az egyetlen anyag, amelyen a fény gyakorlatilag változatlanul hatol át. A szupergyémántból a NASA akár szuperkemény, szuperátlátszó ablakokat készíthet.

A szupergyémántban rejlő lehetőségeknek nincs határa, meglehet, hogy rövidesen mindenütt gyémántokkal találkozunk, az íróasztalunkon ugyanúgy, mint a világűrben.

A természet évmilliárdokon át tökéletesítette a gyémántot. Ma már napok alatt készíthetünk szupergyémántokat, amelyek keményebbek, nagyobbak és hasznosabbak A jövő már csak egy lépésre van. A gyémántgyártás műszaki háttere egyre fejlettebb, a költségei pedig egyre alacsonyabbak. Eljöhet az a nap, amikor a gyémánt ugyanolyan közönséges anyag lesz, mint az útszéli kövek.

Ahogyan az acél, a tranzisztor vagy a szilícium, a szupergyémánt is átformálhatja a jövőt. Meglehet, hogy hamarosan együtt köszöntjük a szupergyémánt korát.

Az előző részt itt<< olvashatja.

Hozzászólások

Miként lehet a holdporból oxigént előállítani?

Miként lehet a holdporból oxigént előállítani?

Már csak a folyamat apróbb részleteit kell finomítaniuk a mérnököknek, és nemcsak oxigént lehet majd kinyerni a holdporból, de építőanyag is keletkezik.

Komplex tényezők befolyásolják az őszi lombhullást

Komplex tényezők befolyásolják az őszi lombhullást

1948-2015 közti megfigyelések és laborkísérletek alapján új modellt készítettek a svájci kutatók, amelyből a fák szénmegkötő képességének korlátaira derült fény.

Miről árulkodik a neandervölgyiek hüvelykujja?

Miről árulkodik a neandervölgyiek hüvelykujja?

Bár a neandervölgyiek igen közeli rokonaink voltak, rengeteg kisebb-nagyobb szempontból különböztek tőlünk.

Hazafelé tart a Hajabusza-2 űrszonda, egy óriásteleszkóp le is fotózta

Hazafelé tart a Hajabusza-2 űrszonda, egy óriásteleszkóp le is fotózta

A Ryugu nevű kisbolygóról 2019-ben gyűjtött mintával igyekszik hazafelé a japán Hajabusza-2 űrszonda, az érkezés december 6-án várható.

Európa belevág az űr megtisztításába

Európa belevág az űr megtisztításába

A Föld környezetét ellepő törmelék egyre komolyabb problémát okoz, az Európai Űrügynökség (ESA) szerint itt az ideje lépni.

National Geographic 2020. novemberi címlap

Előfizetés

A nyomtatott magazinra,
12 hónapra

9 960 Ft

Korábbi számok

National Geographic 2010. januári címlapNational Geographic 2010. februári címlapNational Geographic 2010. márciusi címlapNational Geographic 2010. áprilisi címlapNational Geographic 2010. májusi címlapNational Geographic 2010. júniusi címlapNational Geographic 2010. júliusi címlapNational Geographic 2010. augusztusi címlapNational Geographic 2010. szeptemberi címlapNational Geographic 2010. októberi címlapNational Geographic 2010. novemberi címlapNational Geographic 2010. decemberi címlapNational Geographic 2011. januári címlapNational Geographic 2011. februári címlapNational Geographic 2011. márciusi címlapNational Geographic 2011. áprilisi címlapNational Geographic 2011. májusi címlapNational Geographic 2011. júniusi címlapNational Geographic 2011. júliusi címlapNational Geographic 2011. augusztusi címlapNational Geographic 2011. szeptemberi címlapNational Geographic 2011. októberi címlapNational Geographic 2011. novemberi címlapNational Geographic 2011. decemberi címlapNational Geographic 2012. januári címlapNational Geographic 2012. februári címlapNational Geographic 2012. márciusi címlapNational Geographic 2012. áprilisi címlapNational Geographic 2012. májusi címlapNational Geographic 2012. júniusi címlapNational Geographic 2012. júliusi címlapNational Geographic 2012. augusztusi címlapNational Geographic 2012. szeptemberi címlapNational Geographic 2012. októberi címlapNational Geographic 2012. novemberi címlapNational Geographic 2012. decemberi címlapNational Geographic 2013. januári címlapNational Geographic 2013. februári címlapNational Geographic 2013. márciusi címlapNational Geographic 2013. áprilisi címlapNational Geographic 2013. májusi címlapNational Geographic 2013. júniusi címlapNational Geographic 2013. júliusi címlapNational Geographic 2013. augusztusi címlapNational Geographic 2013. szeptemberi címlapNational Geographic 2013. októberi címlapNational Geographic 2013. novemberi címlapNational Geographic 2013. decemberi címlapNational Geographic 2014. januári címlapNational Geographic 2014. februári címlapNational Geographic 2014. márciusi címlapNational Geographic 2014. áprilisi címlapNational Geographic 2014. májusi címlapNational Geographic 2014. júniusi címlapNational Geographic 2014. júliusi címlapNational Geographic 2014. augusztusi címlapNational Geographic 2014. szeptemberi címlapNational Geographic 2014. októberi címlapNational Geographic 2014. novemberi címlapNational Geographic 2014. decemberi címlapNational Geographic 2015. januári címlapNational Geographic 2015. februári címlapNational Geographic 2015. márciusi címlapNational Geographic 2015. áprilisi címlapNational Geographic 2015. májusi címlapNational Geographic 2015. júniusi címlapNational Geographic 2015. júliusi címlapNational Geographic 2015. augusztusi címlapNational Geographic 2015. szeptemberi címlapNational Geographic 2015. októberi címlapNational Geographic 2015. novemberi címlapNational Geographic 2015. decemberi címlapNational Geographic 2016. januári címlapNational Geographic 2016. februári címlapNational Geographic 2016. márciusi címlapNational Geographic 2016. áprilisi címlapNational Geographic 2016. májusi címlapNational Geographic 2016. júniusi címlapNational Geographic 2016. júliusi címlapNational Geographic 2016. augusztusi címlapNational Geographic 2016. szeptemberi címlapNational Geographic 2016. októberi címlapNational Geographic 2016. novemberi címlapNational Geographic 2016. decemberi címlapNational Geographic 2017. januári címlapNational Geographic 2017. februári címlapNational Geographic 2017. márciusi címlapNational Geographic 2017. áprilisi címlapNational Geographic 2017. májusi címlapNational Geographic 2017. júniusi címlapNational Geographic 2017. júliusi címlapNational Geographic 2017. augusztusi címlapNational Geographic 2017. szeptemberi címlapNational Geographic 2017. októberi címlapNational Geographic 2017. novemberi címlapNational Geographic 2017. decemberi címlapNational Geographic 2018. januári címlapNational Geographic 2018. februári címlapNational Geographic 2018. márciusi címlapNational Geographic 2018. áprilisi címlapNational Geographic 2018. májusi címlapNational Geographic 2018. júniusi címlapNational Geographic 2018. júliusi címlapNational Geographic 2018. augusztusi címlapNational Geographic 2018. szeptemberi címlapNational Geographic 2018. októberi címlapNational Geographic 2018. novemberi címlapNational Geographic 2018. decemberi címlapNational Geographic 2019. januári címlapNational Geographic 2019. februári címlapNational Geographic 2019. márciusi címlapNational Geographic 2019. áprilisi címlapNational Geographic 2019. májusi címlapNational Geographic 2019. júniusi címlapNational Geographic 2019. júliusi címlapNational Geographic 2019. augusztusi címlapNational Geographic 2019. szeptemberi címlapNational Geographic 2019. októberi címlapNational Geographic 2019. novemberi címlapNational Geographic 2019. decemberi címlapNational Geographic 2020. januári címlapNational Geographic 2020. februári címlapNational Geographic 2020. márciusi címlapNational Geographic 2020. áprilisi címlapNational Geographic 2020. májusi címlapNational Geographic 2020. júniusi címlapNational Geographic 2020. júliusi címlapNational Geographic 2020. augusztusi címlapNational Geographic 2020. szeptemberi címlapNational Geographic 2020. októberi címlapNational Geographic 2020. novemberi címlap

Hírlevél feliratkozás

Kérjük, erősítsd meg a feliratkozásod az e-mailben kapott linkre kattintva!

Kövess minket