Almaz (del griego antiguo ἀδάμας - "indestructible") es el mineral más duro, más resistente a la corrosión y más conductor de calor, pero este no es el punto, ni siquiera sobre sus maravillosas propiedades de joyería. Pasemos a Almaz como … el semiconductor más valioso del futuro, luego consideraremos las posibilidades de obtenerlo de un radiador de hierro fundido, y finalmente, entenderemos que este valioso mineral no tiene millones de años! ¡Y como adivinan mis lectores, el hidrógeno también es indispensable aquí!
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Super diamantes - semiconductores
El diamante es una forma alotrópica cúbica de carbono mineral. En condiciones normales, es metaestable, es decir, puede existir indefinidamente. En el vacío o en un gas inerte a temperaturas elevadas (2000 ° C) se convierte gradualmente en grafito, en el aire, el diamante se quema a 850-1000 ° C. El mineral incompresible más duro, la conductividad térmica más alta 900-2300 W / (mK), alto índice de refracción y dispersión.
Debido a la fina película de gas resultante, el diamante tiene un coeficiente de fricción muy bajo contra el metal en el aire. Transmite una amplia gama de ondas electromagnéticas, comienza a brillar bajo la influencia de rayos X y radiación catódica. La luminiscencia de rayos X se utiliza ampliamente en la práctica para extraer diamantes de las rocas. La alta transparencia y el alto índice de refracción hacen que los rayos de luz se reflejen muchas veces en el interior del cristal, creando un "juego de luces" único, que convierte al diamante en una gema muy valiosa.
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Cada átomo de carbono en la estructura de un diamante está ubicado en el centro de un tetraedro, cuyos vértices son los cuatro vecinos más cercanos, lo que explica la dureza más alta del diamante.
Debido a su estructura tetravalente, los diamantes se pueden utilizar como sustitutos de los cristales de germanio y silicio en semiconductores. Si se puede usar un transistor de germanio a temperaturas de hasta 75 ° C, un transistor de silicio - hasta 125 ° C, entonces los transistores de diamante se pueden usar a temperaturas de hasta 500 ° C. Los diamantes azules son indispensables para medir los más mínimos cambios de temperatura con una sensibilidad de 0,002 ° C, y junto con una alta resistencia a los ácidos y al calor, ¡no tienen competidores en esta área!
El origen de los diamantes
Los diamantes cristalizan en el manto a una profundidad de 200 km o más a una presión de 4 GPa y una temperatura de 1000-1300 ° C y son transportados a la superficie como resultado de procesos explosivos que acompañan a la formación de tuberías de kimberlita.
Se encontraron pequeños diamantes en meteoritos en cantidades significativas. Son de origen pre-solar muy antiguo. También se forman en cráteres de meteoritos gigantes, donde las rocas refundidas contienen cantidades significativas de diamante cristalino fino. Un yacimiento muy conocido de este tipo es el astroblema de Popigai en el norte de Siberia.
El proceso de formación de diamantes desde el punto de vista de la teoría hidruro de la Tierra
El hidrógeno liberado del hidruro metálico del núcleo llega al manto superior, donde reacciona con compuestos de hierro-carbono, desplazando a estos últimos en su forma pura. Si las condiciones externas (presión y temperatura) corresponden, entonces el carbono se convierte en diamante.
Nuestro compatriota V. N. Larin organizó un experimento ilustrativo sobre el cultivo de diamantes en un entorno de hidrógeno en los años ochenta. Por lo general, los diamantes artificiales se producen a partir de grafito a una temperatura de 2000-3000 ° C y una presión de 100-200 mil atmósferas. Es muy caro. Vladimir Nikolaevich desarrolló el modo "temperatura-presión". Puse un trozo de una batería de hierro fundido en una atmósfera de hidrógeno bajo una prensa, donde a una temperatura de 650 ° C, el hidrógeno desplazó el carbono libre del hierro fundido, que se convirtió en diamantes a una presión de 18 mil atmósferas.
Los resultados se reflejaron en el artículo "Diamantes de una batería" de V. N. Larin [Spark N22 (4649) de 02.07.2000]
En el proceso descrito de formación de diamantes, no hay desacuerdos fundamentales con la teoría científica generalmente aceptada. Excepto por el origen del hidrógeno mismo, que en el sentido clásico se considera un producto de descomposición de compuestos orgánicos. La mayoría de los geólogos asocian la formación de diamantes en el manto debido, por ejemplo, a la descomposición de los hidrocarburos: CH4 → C + 2H2, pero entendemos que las zonas de subducción a través de las cuales los orgánicos podrían ingresar hipotéticamente al manto están en el “Anillo de Fuego del Pacífico”, y ¡Los depósitos de diamantes tienen una geografía completamente diferente!
Los datos geológicos y geoquímicos permitieron al académico de la Academia Rusa de Ciencias Naturales, Profesor Alexander Portnov, proponer una hipótesis sobre el origen de las tuberías de kimberlita diamantífera cuando las plataformas son "perforadas" por "burbujas" gigantes de hidrógeno-metano asociadas con la desgasificación de la Tierra. En este caso, los cristales de diamante aparecen no en el manto, sino en tuberías, con una disminución de la presión del manto y oxidación parcial del metano. A diferencia de los diamantes de baja calidad obtenidos con fines técnicos a partir de metales fundidos, los diamantes de metano se distinguen por su pureza y transparencia. No hay duda de que la empresa De Beers no escatimó dinero para comprar interesantes proyectos de fusión de gas con el fin de esconderlos para siempre en sus cajas fuertes.
¡Los diamantes terrenales no tienen millones de años
La ciencia moderna fecha los diamantes en millones (algunos miles de millones) de años. Pero muchos de ellos contienen isótopos de carbono 14, ¡y dentro del cristal!
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Como saben, el radioisótopo de carbono 14C está sujeto a desintegración β con una vida media T1 / 2 = 5730 ± 40 años, la constante de desintegración λ = 1,20910−4 años - 1
Esto significa que este método no puede fechar eventos de más de diez vidas medias, resultan alrededor de 57,5 mil años (los autores del método también escribieron sobre esto). Por lo tanto, si tenemos inclusiones internas (sin impurezas externas) que contienen 14C, ya sean diamantes, granitos, carbón o madera petrificada, podemos afirmar inmediatamente que estos minerales tienen menos de 60 mil años (de lo contrario, ¡todo el carbono 14 se habría descompuesto por completo)!
Diamantes negros naturales
Estos monocristales muy raros realmente tienen un color negro natural gracias a las inclusiones de grafito. Sin embargo, también hay cristales con un color gris oscuro, denso, marrón o verde, que a la luz reflejada parecerán negros. Son opacos o semitransparentes, en su mayoría con diversas inclusiones que complican su procesamiento. Pero si el diamante tiene un color uniforme y defectos internos mínimos, se puede obtener un diamante negro de excelente calidad.
Diamantes carbonado negros
Carbonado es una formación policristalina formada por muchos diamantes diminutos fuertemente soldados en una base silícea. La adhesión de los cristales no es homogénea, por lo que el carbonado tiene una estructura porosa. Contiene compuestos de grafito y hierro, hematita y magnetita, que provocan un color oscuro. La gran cantidad de inclusiones hace que el carbonado sea opaco. La disposición mutua de los cristales de diamantes no refleja la luz, sino que la absorbe, privando a la formación del famoso brillo o "juego" del diamante. Las peculiaridades de la estructura policristalina determinan la extraordinaria fuerza del carbonado, en contraste con los diamantes ordinarios, que son bastante frágiles.
Un grupo de científicos estadounidenses del Laboratorio Nacional de Brookhaven, dirigido por Stephen Haggerty y Mark Chance, cree que los carbonados se formaron cuando una supernova explotó en el vacío. Los investigadores han encontrado algunos compuestos raros de titanio, nitrógeno e hidrógeno en muestras de diamantes negros, que hasta ahora solo se habían encontrado en meteoritos. Imagínense: lluvia de diamantes sobre Brasil y la República Centroafricana, donde ahora se encuentran diamantes negros.
Imagínese: una explosión de supernova, una presión colosal y … ¡temperatura! Oh, hay un desajuste, el diamante se derrite a solo 4000 grados Celsius. Esto significa que la zona de formación del carbonado estaba en la periferia de la explosión de la estrella, pero ¿qué pasa con la presión en el vacío?
¿No es más fácil asumir el origen terrestre del carbonado? Sí, no es tan colorido, por desgracia, sin una explosión de supernova y una lluvia de meteoritos de diamantes. En un volcán terrestre ordinario, donde siempre hay flujos de metano e hidrógeno que emanan de las entrañas del planeta, se forman grupos de pequeños diamantes, que en el proceso de cristalización crecen juntos en una drusa. ¡El titanio, el nitrógeno y el hidrógeno no son infrecuentes en las rocas volcánicas!
En 1993, se encontró carbonado en avachitas, en la ladera oriental del volcán Avachinsky en Kamchatka. Considero que tales hallazgos no son accidentales en condiciones terrestres, a la luz de la Teoría del hidruro terrestre de VN Larin.
Los estadounidenses emprendedores, después de analizar el carbonado, evaluaron de inmediato las perspectivas de usar superaliamantes en la industria electrónica como reemplazo del silicio.
Se desarrolló una tecnología para la producción de superaliamantes: ¡deposición química (CVD) de la fase gaseosa a baja presión! Se coloca un pequeño grano de diamante en una cámara de vacío a una presión inferior a la atmosférica, se calienta la cámara, luego se bombea metano y luego, bueno, cómo podría ser sin él, hidrógeno. Luego se crean microondas, lo que hace que una nube de átomos de carbono se libere y se deposite en el grano. De esta manera, puede cultivar no solo los cristales habituales, sino también una placa de diamante de menos de un milímetro de espesor. Estas placas conducen electricidad, tienen una conductividad térmica única y soportan altas temperaturas. ¡Hacen microcircuitos perfectos con un alto grado de integración y resistentes al sobrecalentamiento!
El campo de aplicación de dichos materiales carbonatados es amplio: desde juntas artificiales que no se desgastan hasta nanoresonadores (la base de todos los equipos acústicos) y superchips. Estoy seguro de que la futura generación de computadoras tendrá en sus corazones un procesador de diamante, no uno de silicio, ¡fabricado con tecnología de hidrógeno!
La prioridad de obtener diamantes de la fase gaseosa y el plasma pertenece al equipo de investigadores del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de la URSS (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Utilizaron un entorno gaseoso formado por un 95% de hidrógeno y un 5% de gas que contiene carbono (propano, acetileno), así como plasma de alta frecuencia concentrado en el sustrato, donde se forma el diamante en sí (proceso CVD). Temperatura del gas de + 700 … 850 ° C a una presión treinta veces menor que la atmosférica.
Me gustaría mucho que en esta tecnología de vanguardia, que se basa en los descubrimientos de nuestros institutos y compatriotas de los años 60-90 del siglo XX, no nos quedemos atrás de Estados Unidos con la implementación de estos desarrollos, que prometen dividendos colosales.
Autor: Igor Dabakhov
