Les scientifiques ont utilisé une nouvelle technique pour fabriquer des diamants sous une pression atmosphérique normale et sans pierre initiatrice, ce qui pourrait faciliter grandement la culture de la pierre précieuse en laboratoire.
Des diamants naturels se forment dans le manteau terrestreLa zone fondue est enfouie à des centaines de kilomètres sous la surface de la planète. l’opération Cela arrive Sous d’énormes pressions de plusieurs gigapascals et des températures torrides dépassant 2 700°F (1 500°C).
Des conditions similaires sont utilisées dans la méthode actuellement utilisée pour fabriquer 99 % de tous les diamants synthétiques. Cette méthode est appelée croissance à haute pression et haute température (HPHT) et utilise ces paramètres extrêmes pour le toilettage. carbone Il est fondu dans des métaux liquides, comme le fer, pour le transformer en diamants autour d’une petite graine, ou diamant de départ.
Cependant, des pressions et des températures élevées sont difficiles à produire et à maintenir. De plus, les composants impliqués affectent la taille du diamant, le plus gros diamant mesurant environ un centimètre cube, soit la taille d’une framboise. De plus, HPHT prend un temps assez long – une semaine ou deux – pour produire même ces petites pierres précieuses. Il existe une autre méthode appelée Dépôt chimique en phase vapeurÉlimine certaines exigences HPHT, telles que les hautes pressions. Mais d’autres raisons existent encore, comme le besoin de semences.
La nouvelle technologie élimine certains des inconvénients des deux procédés de synthèse. Équipe dirigée Rodney RuffUn physico-chimiste de l’Institut des sciences fondamentales de Corée du Sud a publié ses conclusions le 24 avril dans la revue nature.
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Creuset en diamant
Il a fallu beaucoup de temps pour développer la nouvelle méthode. « Depuis plus d’une décennie, je réfléchis à de nouvelles façons de cultiver des diamants, pensant qu’il pourrait être possible de le faire d’une manière qui pourrait être inattendue (selon la pensée ‘conventionnelle’) », a déclaré Roof par e-mail à Live Science.
Tout d’abord, les chercheurs ont utilisé du gallium chauffé électriquement avec un peu de silicium dans un creuset en graphite. Le gallium peut sembler être un élément ésotérique, mais il a été choisi parce qu’une étude antérieure sans rapport a montré qu’il pouvait catalyser la formation de… Graphène Du méthane. Le graphène, comme le diamant, est du carbone pur, mais il contient les atomes dans une seule couche plutôt que dans l’orientation tétraédrique des pierres précieuses.
Les chercheurs ont placé le creuset dans une chambre construite maison maintenue à la pression atmosphérique du niveau de la mer, d’où le méthane surchauffé et riche en carbone pourrait être expulsé. Cette chambre de 9 litres (2,4 gallons) a été conçue par le co-auteur Won Kyung-seong, également de l’Institut des sciences fondamentales, pour expérimenter en seulement 15 minutes, permettant à l’équipe d’effectuer des analyses rapides avec différentes concentrations de métaux et de gaz. .
Grâce à ces ajustements, les chercheurs ont découvert qu’un mélange de gallium, de nickel et de fer – ainsi qu’un peu de silicium – était optimal pour stimuler la croissance des diamants. En effet, grâce à cette combinaison, l’équipe a obtenu des diamants à la base du creuset après seulement 15 minutes. En deux heures et demie, une couche de diamant plus complète s’est formée. Des analyses spectroscopiques ont montré que ce film était en grande partie pur mais contenait quelques atomes de silicium.
Les détails exacts du mécanisme qui a formé les diamants restent largement mystérieux, mais les chercheurs pensent que la baisse de température pousse le carbone du méthane vers le centre du creuset, où il fusionne dans le diamant. De plus, sans silicium, les diamants ne se forment pas, les chercheurs pensent donc qu’ils pourraient servir de graine autour de laquelle le carbone cristallise.
Cependant, la nouvelle méthode comporte ses propres défis. Un problème est que les diamants cultivés avec cette technique sont petits ; Les plus gros sont des centaines de milliers de fois plus petits que ceux cultivés avec HPHT. Cela les rend trop petits pour être utilisés comme pierres précieuses.
D’autres utilisations potentielles – par exemple, dans des applications plus technologiques telles que le polissage et le forage – des diamants fabriqués à l’aide de la nouvelle technologie ne sont pas claires. Cependant, comme le processus implique une faible pression, a déclaré Ruf, il pourrait conduire à une augmentation significative de la fabrication de diamants.
« Dans environ un an ou deux, le monde aura peut-être une idée plus claire de choses comme l’impact potentiel du commerce », a-t-il ajouté.
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