Szupergyémántok 2. rész

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.