برای تبدیل شدن گرافیت به الماس روش پرورش الماس از گرافیت الماس به گرافیت تبدیل می شود

روشی برای رشد الماس از گرافیت در یک محفظه فشار بالا با قرار دادن رابط الماس-گرافیت به مرز الماس-گرافیت از طریق یکی از دیواره های محفظه شفاف به تابش لیزر با تابش لیزر دوره ای پیشنهاد شده است. در یک محفظه از نوع سندان الماس، بسته به قابلیت‌های محفظه، فشاری بین 5 تا 50 گیگا پاسکال حفظ می‌شود و پالس تابش لیزر لایه بسیار باریکی از گرافیت را تا دمای 1000 کلوین گرم می‌کند که برای تبدیل گرافیت کافی است. به الماس به دلیل شیب دمایی زیاد در لایه پوست و رسانایی حرارتی بالای الماس، لایه به سرعت سرد می شود و به الماس شفاف در برابر تابش لیزر تبدیل می شود. طول موج تابش لیزر باید در محدوده شفافیت الماس بین 0.2 تا 5 میکرون قرار گیرد. پالس لیزر بعدی باید لایه بعدی گرافیت را گرم کرده و آن را به الماس تبدیل کند. تابش لیزر رشد الماس شفاف را به گرافیت مات تحریک می کند. 1 بیمار

این اختراع به روشی برای تولید الماس مصنوعی مربوط می شود. به خوبی شناخته شده است که الماس دارای خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فردی است. این ماده سخت ترین و کم تراکم پذیرترین ماده است، مقاومت شیمیایی بسیار بالایی در برابر اسیدها دارد، دارای میدان شکست الکتریکی رکورد و هدایت حرارتی چندین برابر بیشتر از هدایت حرارتی مس در دمای اتاق است. این ویژگی ها استفاده گسترده از الماس را در زمینه هایی از صنعت مانند الکترونیک، مهندسی مکانیک، تولید ابزارهای حفاری و ساینده ها، فرآوری سنگ، پزشکی، جواهرات و غیره تعیین می کند. در حال حاضر روش های مختلفی برای سنتز الماس وجود دارد. متداول ترین روش، متبلور کردن الماس از محلول کربن در فلز مذاب توسط مونتاژ اتمی است. این روش با سرعت سنتز کم، بیش از 10-6 سانتی متر در ثانیه، و وجود ناخالصی های فلزی در الماس حاصل مشخص می شود. یکی دیگر، نزدیک به اول، سنتز الماس از اشکال غیر کریستالی کربن است که از تجزیه حرارتی هیدروکربن ها در حالت متراکم به دست می آید. اگرچه این روش موفق به خلاص شدن از شر ناخالصی های فلزی می شود، اما نرخ سنتز مانند مورد قبلی کم است. روش سوم شامل رشد لایه های همپای الماس از فاز گاز است. در این حالت، تولید کربن اتمی در نتیجه تجزیه حرارتی هیدروکربن ها در مخلوط گاز با هیدروژن انجام می شود. برای تولید بخار کربن با تجزیه حرارتی مواد حاوی کربن، گاهی از تابش لیزر استفاده می شود که در این مورد فقط برای تبخیر مواد حاوی کربن استفاده می شود. دسته بزرگ دیگری از روش های سنتز الماس به اصطلاح تبدیل مستقیم شبکه گرافیت به شبکه الماس اشاره دارد. همانطور که مشخص شد، در دمای اتاق در طول فشرده سازی هیدرواستاتیکی گرافیت، تشکیل یک ساختار الماس تا فشار 80 گیگا پاسکال رخ نمی دهد. برای تشکیل فاز الماس، یا وجود تغییر شکل برشی پلاستیکی یا افزایش دما علاوه بر این مورد نیاز است. تشکیل یک ساختار الماس در هنگام تغییر شکل برشی پلاستیکی در دمای اتاق در یک محفظه فشار بالا با سندان های الماس مشاهده شد که یکی از آنها می توانست بچرخد. در فشار 19 گیگا پاسکال و کرنش برشی حدود 3 گیگا پاسکال، هسته های الماس در فاز آمورف شروع به رشد می کنند. در حضور تنها فشرده سازی تک محوری یک تک کریستال گرافیت در دمای اتاق، یک انتقال برگشت پذیر به فاز آمورف در فشار 13 گیگا پاسکال مشاهده می شود. حرارت دادن نمونه فشرده در این فشار بالای 1300 کلوین منجر به تشکیل و رشد هسته های لونسدالیت می شود. فاز حاصل با حذف پی در پی دما و فشار حفظ می شود. گرمایش بیشتر تا 2000 کلوین منجر به انتقال لونسدالیت به الماس می شود. تغییر شکل‌های پلاستیکی شدید در گرافیت، همزمان با فشرده‌سازی آن، در پشت جبهه امواج ضربه‌ای قوی رخ می‌دهد، در نتیجه یک انتقال فاز گرافیت به الماس در فشارهای پشت جبهه 20-40 GPa مشاهده شد. با این حال، به دلیل تداوم دماهای بالا در پشت موج ضربه ای پس از تخلیه نمونه ها، بازپخت تقریباً کامل الماس سنتز شده رخ می دهد، یعنی. انتقال معکوس آن به گرافیت، و بازده پودر الماس از کسری از درصد تجاوز نمی کند. برای به دست آوردن امواج ضربه ای و همچنین فشرده سازی ضربه با کنترل دما، استفاده از پالس های لیزری با شدت بالا 10 12 -10 14 W/cm 2 پیشنهاد شد که با افتادن در سمت بیرونی اهداف، فشارهای زیادی ایجاد می کند. به نیروی واکنشی ماده تبخیر شونده همچنین پیشنهاد شد که گرافیت با یک پالس جریان الکتریکی گرم شود و نمونه‌ها توسط میدان مغناطیسی خود جریان فشرده شوند. با این حال، حذف سریع گرما و حفظ فاز الماس در این پیشنهادات یک مشکل نسبتاً پیچیده و هنوز حل نشده باقی مانده است. متداول ترین روش حذف سریع گرما در هنگام بارگذاری ضربه ای، روش استفاده از مخلوط گرافیت با پودرهای فلزی است که به دلیل تراکم پذیری کمتر نسبت به گرافیت، در معرض حرارت کمتری قرار می گیرند و نقش خنک کننده را ایفا می کنند. در سنتز صنعتی الماس از مخلوط مس و گرافیت با محتوای گرافیت تا 8 درصد استفاده می شود که 75 درصد آن به پودر الماس می رود. در این حالت، اندازه پلی کریستال های الماس از 0.1 تا 60 میکرون متغیر است و اندازه متوسط ​​ذرات تشکیل دهنده یک پلی کریستال 10 نانومتر است. روش ضربه‌ای سنتز الماس با بازدهی تا 50 درصد از جرم گرافیت اصلی نیز در منطقه 6 نمودار فاز با فشرده‌سازی ضربه‌ای گرافیت در مخلوطی با گازهای خنثی متراکم (N, He, Ar, ) و متعاقبا خنک شدن سریع فاز جامد به دلیل حذف گرما به خنک شدن سریع در حین تخلیه گاز بی اثر آدیاباتیک. در این مورد، بازده الماس تقریباً مشابه حالت قبلی مخلوط گرافیت با پودر فلز است. نمونه اولیه روش پیشنهادی سنتز الماس، روش تبدیل گرافیت به الماس در حالت فشرده در هنگام گرم شدن توسط یک پالس جریان الکتریکی است. با این روش فشار استاتیکی در سندان «کمربند» ایجاد شد و به 20 گیگا پاسکال رسید و حداکثر دما به 5000 کلوین رسید. سنتز الماس در یک سیلندر گرافیتی به ارتفاع 3 میلی متر و قطر 2 میلی متر انجام شد که جریان الکتریکی در محدوده فشار 10-20 گیگا پاسکال در دمای 3000-4000 کلوین از آن عبور می کرد. عیب این روش عدم عبور از آن است. حرارت دادن یکنواخت ماده اولیه و در نتیجه تولید نمونه های الماس چند کریستالی تیره. روش پیشنهادی مشکل سنتز الماس شفاف را در حجم زیاد حل می کند. در روش پیشنهادی، مانند نمونه اولیه، فشرده سازی و گرمایش گرافیت به طور مستقل از یکدیگر انجام می شود. با این حال، گرمایش در روش پیشنهادی توسط تابش لیزر دوره‌ای پالس از طریق دیواره شفاف محفظه فشار بالا انجام می‌شود که پس از عبور از آن، تشعشع در لایه پوستی بسیار نازکی از گرافیت جذب می‌شود. دیوار شفاف می تواند خود الماس یا ماده شفاف و به اندازه کافی قوی دیگر باشد، به عنوان مثال، یاقوت کبود یا نیترید بور. برای اینکه تابش لیزر از الماس رشد یافته عبور کند، لازم است که مقدار کوانتوم فوتون h از مقدار شکاف نوار الماس E 0 5.2 eV تجاوز نکند. طول موج لیزر باید بیشتر از 230 نانومتر باشد. از سوی دیگر، طول موج تابش لیزر نباید به ناحیه مادون قرمز دور، جایی که ناخالصی و جذب شبکه الماس آغاز می شود، گسترش یابد. باید کمتر از 5 میکرون باشد. اشعه لیزر در گرافیت در عمق لایه پوست جذب می شود هدایت ویژه گرافیت، فرکانس تابش لیزر. برای لیزر Nd (= 1.06 میکرومتر)، عمق پوست در گرافیت 0.26 میکرومتر است و برای لیزر XeCl (= 0.31 میکرومتر) 0.14 میکرومتر است، یعنی. در کل محدوده نوری را می توان 0.2 در نظر گرفت زمان خنک شدن یک لایه نازک گرم شده با ضخامت به ترتیب بزرگی برابر است با: t = 2 /a، که در آن a=k/C ضریب رسانایی دما است، k برابر است ضریب هدایت حرارتی، چگالی، C ظرفیت گرمایی است. ضخامت لایه گرم شده d~ 0.2 میکرومتر است. با جایگزینی مقادیر شناخته شده برای الماس k = 10 W/cm deg، = 3.5 g/cm 3، C = 2 J/g deg، زمان خنک کاری مشخصه را بدست می آوریم. لایه T = 1 ns رفتار زمانی دمای لایه گرم شده از حل معادله رسانایی حرارتی بدست می آید که حل آن برای تابش لیزر فرکانس پالس با پالس های مستطیلی (I(t)=I 0، برای 0< t < o I(t)=0 для остального времени) дает условие нагрева графита в скин-слое до необходимой температуры, которая по порядку величины равна так называемой температуре "графитизации" 2000 К. Это условие имеет вид: I o o 0,1 Дж/см 2 . При интенсивности I 0 50 МВт/см 2 указанная температура достигается за время 2 нс. После остывания нагретого слоя и превращения его в слой алмаза процесс может быть повторен уже для следующего слоя графита с последующим его превращением в новый слой алмаза и т.д. Временной интервал между последовательными лазерными импульсами определяется общим временем отвода тепла в стенки камеры высокого давления и может доходить до микросекунды в зависимости от ее размеров. Средняя плотность мощности лазерного излучения определяется возможностями охлаждения камеры и может доходить до 10 кВт/см 2 . На чертеже изображена общая схема камеры для синтеза алмазной фазы при лазерном облучении графита в сжатом состоянии, где 1 стенки камеры высокого давления; 2 область поглощения лазерного излучения; 3 прозрачная стенка камеры высокого давления. Использование лазерного излучения для нагрева графита (а в более общем случае непрозрачных углеродосодержащих веществ), прижимаемого к алмазу, приводит к качественно новым результатам. Благодаря аномально малой глубине прогреваемого слоя и возникающей вследствие этого большим градиентам температуры, а также вследствие большой величины теплопроводности алмаза тепло из тонкого прогретого слоя уходит в окружающие стенки наковальни за аномально короткие времена. При этом большие градиенты температуры вызывают в материале также касательные напряжения, которые, как показывают опыты, способствуют образованию алмаза. Изменяя интенсивность лазерного импульса, можно создавать в слое графита практически любые температуры от начальной до температур 5000 К и выше. Верхняя граница по давлению в камере определяется типом наковальни, создающей внешнее объемное давление, и для типичных алмазных наковален может достигать нескольких десятков ГПа. Нижняя граница согласно опытам лежит в районе 10 ГПа. После нагрева одного слоя графита и превращения его в алмаз следующий импульс лазерного излучения проходит через образованный алмазный слой и нагревает следующий слой графита и т. д. т.е. процесс может быть многократно повторен, пока весь облучаемый графит не превратится в алмаз. В отличие от нагрева электрическим током лазерное излучение нагревает даже случайно образующиеся в алмазе непрозрачные включения графита, заставляя их превращаться в алмаз. Поэтому предлагаемый способ позволяет получать особо чистые и прозрачные образцы алмаза в больших объемах. Способ осуществляется следующим образом. Графит помещают в камеру давления, одна из стенок которых является прозрачной для лазерного излучения. Давление в камере, например, с помощью гидростатического пресса, поддерживается все время постоянным, на уровне 10 ГПа. Через прозрачную стенку камеры подается импульсно-периодическое лазерное излучение, например, 2-й гармоники Nd-лазера = 0,53 мкм в котором произведение плотности интенсивности в импульсе на длительность импульса удовлетворяет условию I o o 0,2 Дж/см 2 . При интенсивности I 0 50 МВт/см 2 температура 1000 К достигается за время 2 нс. После остывания нагретого слоя за такое же по порядку величины время и превращения его в алмаз следующий лазерный импульс нагревает следующий слой сжатого графита и процесс продолжается до полной трансформации графита в алмаз. После выключения лазерного излучения и снятия давления полученный алмаз вынимается из камеры. Следует отметить, что лазерное излучение, особенно в ультрафиолетовой области спектра, кроме чисто теплового воздействия на графит может способствовать перестройке сжатого графита в алмаз переводя атомы углерода в электронно-возбужденное состояние, тем самым стимулируя перестройку валентных связей, характерную для структуры алмаза. При этом синтез алмаза может происходить без существенного повышения температуры путем фотохимического воздействия лазерного излучения на фазовый переход сжатый графит-алмаз. В последнем случае для синтеза алмаза можно использовать непрерывное лазерное излучение слабой интенсивности. Скорость границы наращивания алмаза можно оценить из соображений размерности: v d = I/(E g N g) где I средняя интенсивность лазерного излучения, поглощенного в графите, E g характерная энергия, необходимая для перестройки одного атома углерода из решетки графита в решетку алмаза, она по порядку величины равна E g = kT g где T g =2000, k температура "графитизации", N g =10 22 см -3 плотность атомов углерода. При средней плотности поглощаемой в графите лазерной мощности в 10 Вт/см 2 скорость роста алмаза должна составлять около 1 мм/с. Величина выращиваемых алмазов определяется только величиной объема, в котором внешним устройством, например, гидростатическим прессом, создается необходимое для синтеза алмаза давление, и в настоящее время может доходить до нескольких кубических сантиметров. Отметим, что предлагаемый способ отличается как высокой скоростью роста, так и высокой чистотой получаемых алмазов, так как не связан с использованием катализаторов и внесением посторонних примесей в процессе синтеза. Он может быть использован для стимулирования роста любого прозрачного для лазерного излучения вещества, находящегося в контакте с непрозрачным материалом, служащего для него исходным продуктом.

استخراج الماس بدون شک یک تجارت نسبتاً سودآور است که می تواند از اقتصاد هر کشوری حمایت کند. اما با این وجود، بسیاری از کارآفرینان احتمالاً مایلند هزینه های به دست آوردن این سنگ های قیمتی را کاهش دهند و در نتیجه درآمد صنعت معدن الماس را افزایش دهند. اگر امکان تولید الماس مصنوعی از گرافیت وجود داشته باشد، چه؟

برای پاسخ به این سوال، لازم است ماهیت دو ماده - الماس و گرافیت را درک کنیم. بسیاری از مردم هنوز از درس های شیمی به یاد دارند که این دو ماده به ظاهر متفاوت کاملاً از کربن تشکیل شده اند.

الماس معمولا یک کریستال شفاف است، اما می تواند آبی، فیروزه ای، قرمز و حتی سیاه باشد. این سخت ترین و بادوام ترین ماده روی زمین است. این سختی به دلیل ساختار خاص شبکه کریستالی است. شکل یک چهار وجهی دارد و همه اتم های کربن از یکدیگر فاصله دارند. گرافیت خاکستری تیره با رنگ فلزی، نرم و کاملا مات است. شبکه کریستالی گرافیت در لایه هایی قرار گرفته است که در هر یک از آنها مولکول ها به صورت شش ضلعی قوی جمع می شوند، اما بین لایه ها پیوند بین مولکول ها کاملاً ضعیف است. یعنی در اصل تفاوت بین الماس و گرافیت در ساختار متفاوت شبکه کریستالی نهفته است.

ساخت الماس از گرافیت

به این ترتیب، تبدیل گرافیت به الماس امکان پذیر است. این را دانشمندان قرن بیستم ثابت کردند. در سال 1955 گزارشی از جنرال الکتریک ارائه شد و اولین الماس ها، هر چند بسیار کوچک، سنتز شدند. اولین کسی که این سنتز را انجام داد، محقق شرکت T. Hall بود. برای دستیابی به چنین موفقیت هایی از تجهیزاتی استفاده شد که ایجاد فشار 120 هزار اتمسفر و دمای 1800 درجه سانتیگراد را ممکن می ساخت.

گروهی از دانشمندان شرکت Allied Chemical، تبدیل مستقیم گرافیت به الماس را انجام دادند. برای دستیابی به این امر، در مقایسه با روش های قبلی از شرایط شدیدتری استفاده شد. برای ایجاد حداکثر فشار 300 هزار اتمسفر و دمای 1200 درجه سانتیگراد به مدت 1 میکروثانیه از یک ماده منفجره با قدرت بسیار زیاد استفاده شد. در نتیجه چندین ذره کوچک الماس در نمونه گرافیت پیدا شد. نتایج این آزمایش در سال 1961 منتشر شد.

با این حال، اینها همه راههای بدست آوردن الماس از گرافیت نبودند. در سال 1967، R. Wentorf اولین الماس را از یک دانه رشد داد. نرخ رشد بسیار پایین معلوم شد. بزرگترین الماس مصنوعی ساخته شده توسط R. Wentorf با استفاده از این روش به اندازه 6 میلی متر و وزن 1 قیراط (تقریبا 0.2 گرم) رسید.

روش های مدرن برای سنتز الماس از گرافیت

فن آوری های مدرن امکان به دست آوردن الماس از گرافیت را با استفاده از چندین روش فراهم می کند. الماس ها در شرایطی که تا حد امکان نزدیک به طبیعی هستند و همچنین با استفاده از کاتالیزورها سنتز می شوند. کریستال های الماس در محیط متان رشد می کنند و گرد و غبار الماس ریز برای تولید مواد ساینده مختلف از انفجار مواد منفجره یا سیم با پالس جریان زیاد به دست می آید.

مشخصات مختصر: الماس، گرافیت و زغال سنگ

تبدیل الماس، گرافیت و زغال سنگ

تبدیل - گرافیت یا زغال سنگ به الماس

یک الماس از گرافیت بگیرید

الماس تقلبی گرفتم

روش تولید الماس مصنوعی

یکی دیگه پیدا کردم روش تولید الماس مصنوعی!

مشکل الماس مصنوعی

تبدیل گرافیت به الماس

اولین الماس مصنوعی

ساخت الماس مصنوعی

الماس چگونه در طبیعت ظاهر شد؟

فرضیه تولد الماس عمیق

فرضیه انفجاری

فرضیه تولد الماس در حالت کاویتاسیون

الماس و گرافیت هر دو اشکال متفاوتی از یک عنصر هستند - کربن. گرافیت نرم و شکننده و سخت ترین کریستال جهان فرمول یکسانی دارند - C. چگونه این امکان وجود دارد؟

خواص الماس و گرافیت

الماس در طبیعت به شکل کریستالی کاملاً مشخص وجود دارد.این یک کریستال شفاف و اغلب بی رنگ است، اگرچه الماس هایی به رنگ آبی، قرمز و حتی سیاه نیز وجود دارد. این انحراف رنگ از قانون با ویژگی های شرایط طبیعی تشکیل کریستال و وجود ناخالصی در آن همراه است. الماس تمیز و صیقلی شده درخشش خاصی پیدا می کند که مردم قدردان آن هستند.

الماس ها نور را به خوبی منعکس می کنند و با داشتن شکلی پیچیده، آن را به خوبی می شکنند. این نشانی از درخشش و درخشش کریستال تصفیه شده می دهد. رسانای گرما است، اما نسبت به الکتریسیته عایق است.

گرافیت پاد پاد الماس است. این یک کریستال نیست، بلکه مجموعه ای از صفحات نازک است. مشکی با رنگ خاکستری است. از نظر ظاهری شبیه فولاد با غلبه چدن است.

علیرغم ظاهر فولادی آن، در لمس احساس چربی می کند و در هنگام استفاده نیز نرم می شود. با کوچکترین فشاری متلاشی می شود و این همان چیزی است که افرادی را جذب می کند که از گرافیت به عنوان وسیله ای برای چاپ اطلاعات روی کاغذ استفاده می کنند.

گرافیت، مانند الماس، رسانای خوبی برای گرما است، اما بر خلاف ساختار مولکولی دیگر، الکتریسیته را نیز به خوبی هدایت می کند.

این نمایندگان مختلف پلی مورفیسم کربن مولکولی تنها با یک چیز از یکدیگر متمایز می شوند - ساختار شبکه مولکولی. همه چیزهای دیگر فقط نتیجه چیز اصلی است.

در گرافیت، شبکه کریستالی بر اساس یک اصل مسطح سازماندهی می شود. تمام اتم های آن در یک شش ضلعی قرار دارند که در یک صفحه قرار دارند. به همین دلیل است که پیوندهای بین اتم های شش ضلعی های مختلف بسیار ضعیف است و خود گرافیت لایه لایه است و لایه های آن ضعیف به یکدیگر متصل هستند. این ساختار شبکه کریستالی نرمی و کاربردهای مختلف آن را تعیین می کند، اما خود گرافیت از بین می رود. با این حال، دقیقاً همین ساختار شبکه کریستالی است که با استفاده از شرایط خاص و سایر مواد، امکان ساخت الماس از گرافیت را فراهم می کند. فرآیندهای مشابه با این ماده معدنی در طبیعت در شرایط مشابه اتفاق می افتد.

شبکه الماس بر اساس اصل اتصالات حجمی همه با همه و همه با همه ساخته شده است. اتم ها یک چهار وجهی منظم را تشکیل می دهند. یک اتم در هر چهار وجهی توسط اتم های دیگری احاطه شده است که هر یک از آنها راس چهار وجهی دیگر را تشکیل می دهند. به نظر می رسد که در هر قطعه الماس، تعداد چهار وجهی بسیار بیشتر از مولکول هایی است که این چهار وجهی ها را تشکیل می دهند، زیرا هر یک از چهار وجهی ها بخشی از چهار وجهی دیگر است. به همین دلیل الماس فاسد نشدنی ترین ماده معدنی است.

سرنوشت کربن در گرافیت و الماس

کربن یکی از فراوان ترین عناصر موجود در بیوسفر و کل سیاره زمین است. به یک شکل در جو (دی اکسید کربن)، در آب (دی اکسید کربن محلول و سایر ترکیبات) و در لیتوسفر وجود دارد. در اینجا، در فلک زمین، بخشی از ذخایر بزرگ زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی، ذغال سنگ نارس و غیره است. اما در شکل خالص آن با رسوبات الماس و گرافیت نشان داده شده است.

بیشتر کربن در موجودات زنده متمرکز است. هر موجودی بدن خود را از کربن می‌سازد که غلظت آن در اجسام زنده از کربن موجود در مواد غیر زنده بیشتر است. موجودات مرده روی سطح لیتوسفر یا اقیانوس می نشینند. در آنجا تحت شرایط مختلف تجزیه می شوند و رسوبات غنی از کربن را تشکیل می دهند.

منشا ذخایر الماس خالص و گرافیت موضوع بحث های زیادی است. اعتقاد بر این است که اینها موجودات قبلی هستند که خود را در شرایط خاصی یافتند و مانند زغال سنگ معدنی شدند. همچنین اعتقاد بر این است که الماس منشأ آذرین و گرافیت منشأ دگرگونی دارد. این بدان معنی است که غلظت الماس در سیاره شامل فرآیندهای پیچیده در روده های زمین است، جایی که انفجار و احتراق به طور خود به خود در حضور اکسیژن رخ می دهد. در نتیجه برهمکنش متان و مولکول های اکسیژن، کریستال های الماس به وجود می آیند. طی همین فرآیندها، اما تحت شرایط خاص، ظهور گرافیت نیز امکان پذیر است.

نحوه بدست آوردن الماس از گرافیت

به دست آوردن آن در سطح فعلی توسعه شیمی برای مدت طولانی مشکلی نداشته است. کاری که طبیعت طی میلیون ها سال انجام می دهد، انسان می تواند در مدت زمان بسیار کوتاه تری انجام دهد. نکته اصلی بازتولید شرایطی است که در طبیعت یک شکل از کربن خالص به دیگری تبدیل می شود، یعنی ایجاد دمای بالا و فشار بسیار بالا.

برای اولین بار چنین شرایطی با استفاده از یک انفجار ایجاد شد. انفجار یک احتراق آنی تحت فشار زیاد است. پس از جمع آوری آنچه موفق به جمع آوری شدند، معلوم شد که الماس های کوچکی در گرافیت ظاهر می شوند. این دگرگونی تکه تکه شده به این دلیل رخ داد که انفجار طیف گسترده ای از فشارها و دماها را ایجاد می کند. جایی که شرایط برای انتقال از گرافیت به الماس فراهم شد، این اتفاق افتاد.

این بی‌ثباتی فرآیندها باعث شد که انفجارها برای تولید الماس از گرافیت بی‌امید باشد. با این حال، این مانع دانشمندان نشد و آنها سرسختانه گرافیت را در معرض انواع آزمایشات قرار دادند به این امید که آن را به الماس تبدیل کنند. یک نتیجه پایدار با گرم کردن یک میله گرافیت توسط پالس ها تا دمای 2000 درجه سانتیگراد به دست آمد که امکان به دست آوردن الماس با اندازه های قابل توجه را فراهم کرد.

آزمایشات با فشار بالا نتایج غیرمنتظره ای به همراه داشت - گرافیت به الماس تبدیل شد، اما وقتی فشار کاهش یافت، به حالت اولیه خود بازگشت. کاهش مداوم فاصله بین اتم های کربن تنها با استفاده از فشار ممکن نبود. سپس آنها شروع به ترکیب فشار و دمای بالا کردند. در نهایت، امکان تعیین محدوده ترکیبی از دما و فشار وجود داشت که در آن بلورهای الماس به دست می‌آیند. درست است، این فقط یک الماس فنی تولید کرد که استفاده از آن در جواهرات دشوار بود.

علاوه بر هزینه های بالای تامین انرژی برای فرآیند تبدیل گرافیت به الماس، مشکل دیگری نیز وجود داشت - با افزایش مدت قرار گرفتن در معرض دمای بالا، گرافیتی شدن الماس آغاز می شود. همه این ظرافت ها تولید صنعتی الماس را پیچیده می کند. به همین دلیل طبیعت که برای آن به شدت مخرب است همچنان مرتبط و سودآور است.

برای به دست آوردن الماس در نظر گرفته شده برای اهداف جواهر، آنها شروع به رشد کریستال با استفاده از یک دانه کردند. کریستال الماس تمام شده در معرض دمای 1500 درجه قرار گرفت که باعث تحریک رشد، ابتدا سریع و سپس آهسته شد. هر چه کریستال بزرگتر باشد کندتر رشد می کند. این تأثیر آزمایش جالب را فقط به یک آزمایش تبدیل کرد، زیرا تولید آن در مقیاس صنعتی بی‌سود شد. استفاده از متان به عنوان "تغذیه کننده" برای رشد الماس وضعیت را بهبود نمی بخشد. در فشار و دمای بالا، متان به کربن و هیدروژن تجزیه می شود. این کربن "غذا" برای الماس است.

کاربردهای الماس و گرافیت

هر دو ماده معدنی به طور گسترده در صنعت استفاده می شوند.

الماس مورد استفاده قرار می گیرد:

• در مهندسی برق؛
• ساز سازی؛
• رادیو الکترونیک;
• روی دکل های حفاری
• در ساخت جواهرات

گرافیت برای موارد زیر استفاده می شود:

• تولید بوته ها و سایر تجهیزات نسوز؛
• تولید روان کننده ها؛
• ساخت مداد؛
• تولید تجهیزات برای صنعت زغال سنگ برق.

با وجود کاربردهای متنوع گرافیت و الماس در صنایع مختلف، می توان با خیال راحت از مزایای بیشتر گرافیت صحبت کرد. به دلیل ایده آل بودن شبکه کریستالی، الماس بی اثر است. فقط می توان از آن به عنوان الماس استفاده کرد. بیشتر الماس‌هایی که در طبیعت استخراج می‌شوند به نیاز صنعت جواهرسازی می‌روند، زیرا این ماده معدنی یکی از گران‌ترین سنگ‌های قیمتی است؛ الماس شدن، گردش پول را تحریک می‌کند و این خاصیت اصلی آن در اقتصاد است.

گرافیت، حذف شده از طبیعت، نه یک ارزش خودکفا، بلکه به یک کارگر بزرگ تولید تبدیل می شود. به دلیل خواصی که دارد، هم به شکل واقعی و طبیعی خود، یعنی به عنوان گرافیت و هم به عنوان وسیله ای که می توان از آن مواد جدیدی به دست آورد، مثلاً همان الماس، استفاده می شود.