Almaz (dari bahasa Yunani kuno. Mari kita beralih ke Almaz sebagai … semikonduktor paling berharga di masa depan, kemudian kita akan mempertimbangkan kemungkinan mendapatkannya dari baterai pemanas besi tuang, dan akhirnya, kita akan memahami bahwa mineral berharga ini tidak berumur jutaan tahun! Dan seperti yang diperkirakan pembaca saya, hidrogen juga sangat diperlukan di sini!
Berlian super - semikonduktor
Intan adalah mineral, bentuk alotropik kubik karbon. Dalam kondisi normal, itu metastable, yaitu bisa ada tanpa batas. Dalam ruang hampa atau dalam gas lembam pada suhu tinggi (2000 ° C), secara bertahap berubah menjadi grafit, di udara, berlian terbakar pada 850-1000 ° C. Mineral terkompresi yang paling sulit, konduktivitas termal tertinggi 900-2300 W / (mK), indeks bias dan dispersi tinggi.
Karena film gas tipis yang dihasilkan, berlian memiliki koefisien gesekan yang sangat rendah terhadap logam di udara. Mentransmisikan berbagai gelombang elektromagnetik, mulai bersinar di bawah pengaruh radiasi sinar-X dan katoda. Pendaran sinar-X banyak digunakan dalam praktik untuk mengekstraksi berlian dari bebatuan. Transparansi tinggi dan indeks bias tinggi menyebabkan sinar cahaya dipantulkan berkali-kali di dalam kristal, menciptakan "permainan cahaya" yang unik, yang menjadikan berlian sebagai permata yang berharga.
Video promosi:
Setiap atom karbon dalam struktur berlian terletak di pusat tetrahedron, yang simpulnya adalah empat tetangga terdekat, yang menjelaskan kekerasan berlian tertinggi.
Karena struktur tetravalennya, berlian dapat digunakan sebagai pengganti kristal germanium dan silikon dalam semikonduktor. Jika transistor germanium dapat digunakan pada suhu hingga 75 ° C, transistor silikon - hingga 125 ° C, maka transistor berlian dapat digunakan pada suhu hingga 500 ° C! Berlian biru sangat diperlukan untuk mengukur perubahan suhu terkecil dengan sensitivitas 0,002 ° C, dan bersama dengan ketahanan asam dan ketahanan panas yang tinggi, mereka tidak memiliki pesaing di bidang ini!
Asal usul berlian
Berlian mengkristal di mantel pada kedalaman 200 km atau lebih pada tekanan 4 GPa dan suhu 1000-1300 ° C dan terbawa ke permukaan sebagai hasil dari proses ledakan yang menyertai pembentukan pipa kimberlite.
Berlian kecil ditemukan di meteorit dalam jumlah yang signifikan. Mereka sangat kuno, berasal dari pra-matahari. Mereka juga terbentuk di kawah meteorit raksasa, di mana bebatuan yang dilebur mengandung sejumlah besar berlian kristal halus. Endapan terkenal dari jenis ini adalah astroblema Popigai di utara Siberia.
Proses pembentukan intan dari sudut pandang teori Bumi hidrida
Hidrogen yang dilepaskan dari logam hidrida dari inti mencapai mantel atas, di mana ia bereaksi dengan senyawa besi-karbon, menggantikan yang terakhir dalam bentuk murni. Jika kondisi eksternal (tekanan dan suhu) sesuai, karbon berubah menjadi intan.
Eksperimen ilustratif tentang menumbuhkan berlian di lingkungan hidrogen dipentaskan oleh rekan senegaranya V. N. Larin pada tahun delapan puluhan. Biasanya berlian buatan dihasilkan dari grafit pada suhu 2000-3000 ° C dan tekanan 100-200 ribu atmosfer. Itu sangat mahal. Vladimir Nikolaevich mengembangkan mode "tekanan suhu". Saya meletakkan sepotong baterai besi tuang ke dalam atmosfer hidrogen di bawah tekanan, di mana pada suhu 650 ° C hidrogen memindahkan karbon bebas dari besi tuang, yang berubah menjadi berlian pada tekanan 18 ribu atmosfer.
Hasilnya tercermin dalam artikel "Diamonds from a Battery" oleh V. N. Larin [Spark N22 (4649) dari 02.07.2000]
Dalam proses pembentukan berlian yang dijelaskan, tidak ada ketidaksepakatan mendasar dengan teori ilmiah yang diterima secara umum. Kecuali asal muasal hidrogen itu sendiri, yang dalam pengertian klasik dianggap sebagai produk peluruhan senyawa organik. Sebagian besar ahli geologi mengaitkan pembentukan berlian di mantel karena, misalnya, peluruhan hidrokarbon: CH4 → C + 2H2, tetapi kami memahami bahwa zona subduksi tempat zat organik dapat secara hipotetis memasuki mantel terletak di "Cincin Api Pasifik", dan deposit berlian memiliki geografi yang sangat berbeda!
Data geologi dan geokimia memungkinkan akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Alam Rusia, Profesor Alexander Portnov, untuk mengajukan hipotesis tentang asal mula pipa kimberlite berlian ketika platform "ditusuk" oleh "gelembung" hidrogen-metana raksasa yang terkait dengan degassing bumi. Dalam kasus ini, kristal intan tidak muncul di mantel, tetapi di pipa, dengan penurunan tekanan mantel dan oksidasi parsial metana. Tidak seperti berlian berkualitas rendah yang diperoleh untuk tujuan teknis dari logam cair, berlian dari metana dibedakan berdasarkan kemurnian dan transparansi. Tidak ada keraguan bahwa perusahaan De Beers tidak mengeluarkan uang untuk membeli proyek fusi gas yang menarik untuk menyembunyikannya selamanya di brankas mereka.
Berlian duniawi tidak berumur jutaan tahun
Ilmu pengetahuan modern menghitung berlian sampai jutaan (beberapa miliar) tahun. Tetapi banyak dari mereka mengandung isotop karbon 14, dan di dalam kristal!
Seperti yang Anda ketahui, karbon radioisotop 14C tunduk pada peluruhan β dengan waktu paruh T1 / 2 = 5730 ± 40 tahun, konstanta peluruhan λ = 1.20910−4 tahun - 1
Artinya metode ini tidak bisa tanggal kejadian yang lebih tua dari sepuluh paruh, ternyata sekitar 57,5 ribu tahun (penulis metode juga menulis tentang ini). Oleh karena itu, jika kita memiliki inklusi internal (tanpa pengotor eksternal) yang mengandung 14C, baik itu intan, granit, batu bara, atau kayu yang membatu, kita dapat segera menyatakan bahwa mineral ini berusia kurang dari 60 ribu tahun (jika tidak, semua karbon 14 akan membusuk sepenuhnya)!
Berlian hitam alami
Monocrystals yang sangat langka ini benar-benar memiliki warna hitam alami berkat inklusi grafit. Namun ada juga kristal dengan warna gelap, abu-abu pekat, coklat atau hijau, yang pada pantulan cahaya akan terlihat seperti hitam. Mereka buram atau semi-transparan, sebagian besar dengan berbagai inklusi yang mempersulit pemrosesannya. Tetapi jika berlian memiliki warna yang merata dan cacat internal yang minimal, maka berlian hitam dengan kualitas yang sangat baik dapat diperoleh darinya.
Berlian karbonado hitam
Carbonado adalah formasi polikristalin yang dibentuk oleh banyak berlian kecil yang dilas rapat dalam basis yang mengandung silika. Adhesi kristal tidak homogen, oleh karena itu karbonado memiliki struktur berpori. Ini mengandung senyawa grafit dan besi - hematit dan magnetit, yang menyebabkan warna gelap. Banyaknya inklusi membuat carbonado buram. Pengaturan timbal balik dari kristal berlian tidak memantulkan cahaya, tetapi menyerapnya, menghilangkan pembentukan kecemerlangan berlian atau "permainan" yang terkenal. Keunikan struktur polikristalin menentukan kekuatan karbonado yang luar biasa, berbeda dengan berlian biasa, yang cukup rapuh.
Sekelompok ilmuwan Amerika dari Brookhaven National Laboratory, yang dipimpin oleh Stephen Haggerty dan Mark Chance, percaya bahwa carbonadoes terbentuk saat supernova meledak dalam ruang hampa. Para peneliti telah menemukan beberapa senyawa langka titanium, nitrogen, dan hidrogen dalam sampel berlian hitam, yang hingga kini hanya ditemukan di meteorit. Bayangkan saja: hujan berlian di Brasil dan Republik Afrika Tengah, tempat berlian hitam sekarang ditemukan.
Bayangkan: ledakan supernova, tekanan kolosal, dan … suhu! Oh, ada ketidakcocokan, intan meleleh hanya pada 4000 derajat Celcius. Ini berarti zona pembentukan karbonado berada di pinggiran ledakan bintang, tetapi bagaimana dengan tekanan dalam ruang hampa?
Bukankah lebih mudah untuk mengasumsikan asal karbonado terestrial? Ya, itu tidak begitu berwarna, sayangnya, tanpa ledakan supernova dan hujan meteor berlian! Di gunung berapi terestrial biasa, di mana selalu ada aliran metana dan hidrogen yang memancar dari perut planet, kelompok berlian kecil terbentuk, yang dalam proses kristalisasi tumbuh bersama menjadi druse. Titanium, nitrogen, dan hidrogen tidak jarang ditemukan di batuan vulkanik!
Pada tahun 1993, karbonado ditemukan di avachites, di lereng timur gunung berapi Avachinsky di Kamchatka. Saya menganggap penemuan semacam itu tidak kebetulan dalam kondisi terestrial, menurut Teori Hidrida Bumi VN Larin.
Orang Amerika yang giat, setelah menganalisis carbonado, segera menilai prospek penggunaan superaliamonds di industri elektronik sebagai pengganti silikon.
Sebuah teknologi dikembangkan untuk memproduksi superaliamonds: deposisi kimiawi (CVD) dari fase gas pada tekanan rendah! Sebuah butiran berlian kecil ditempatkan dalam ruang hampa pada tekanan di bawah atmosfer, ruang tersebut dipanaskan, kemudian metana dipompa ke dalamnya, dan kemudian, bagaimana bisa tanpa itu, hidrogen. Gelombang mikro kemudian tercipta, menyebabkan awan atom karbon dilepaskan dan disimpan pada butiran. Dengan cara ini, Anda tidak hanya dapat menumbuhkan kristal biasa, tetapi juga pelat berlian setebal kurang dari satu milimeter! Pelat ini menghantarkan listrik, memiliki konduktivitas termal yang unik, dan tahan terhadap suhu tinggi. Mereka membuat sirkuit mikro yang sempurna dengan tingkat integrasi yang tinggi dan tahan terhadap panas berlebih!
Bidang penerapan bahan karbonade tersebut sangat luas: dari sambungan buatan yang tidak aus hingga nanoresonator (dasar dari semua peralatan akustik) dan superchip. Saya yakin bahwa komputer generasi masa depan akan memiliki di dalam hati mereka prosesor berlian, bukan silikon, yang dibuat menggunakan teknologi hidrogen!
Prioritas untuk mendapatkan berlian dari fase gas dan plasma adalah milik tim peneliti di Institute of Physical Chemistry of the USSR Academy of Sciences (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Mereka menggunakan lingkungan gas yang terdiri dari 95% hidrogen dan 5% gas yang mengandung karbon (propana, asetilena), serta plasma frekuensi tinggi yang terkonsentrasi pada substrat, di mana berlian itu sendiri terbentuk (proses CVD). Temperatur gas dari + 700 … 850 ° C pada tekanan tiga puluh kali lebih kecil dari tekanan atmosfer.
Saya sangat ingin bahwa dalam teknologi terobosan ini, yang didasarkan pada penemuan lembaga kita dan rekan senegaranya di tahun 60-90an abad XX, kita tidak akan ketinggalan di belakang Amerika Serikat dengan penerapan perkembangan ini, yang menjanjikan dividen yang sangat besar!
Penulis: Igor Dabakhov
