Nagy nyomás nélkül percek alatt gyártható gyémánt

Új módszert találtak mesterséges gyémánt előállítására a dél-koreai Ulsan Tudományos és Műszaki Intézet (UNIST) kutatói, Rod Ruoff vezetésével. Az eljárással nagyobb kristályok állíthatók elő, ami szélesítheti az anyag alkalmazási körét – írja az Interesting Engineering.

Az emberiség a XIX. század közepe óta kísérletezett mesterséges gyémántok előállításával. A kérdés alapos tudományos vizsgálata a negyvenes években kezdődött, és először 1953-ban sikerült szintetikus gyémántot előállítani. Az ipari eljárás a Föld köpenyében tapasztalható körülményeket reprodukálja, 1400 fokos hőmérsékleten tízezer atmoszféra nyomáson, több nap alatt, vas-szulfid beiktatásával állítja elő a gyémántot.

Az előállítás másik módszere a kémiai gőzfázisú leválasztás vagy CVD, amelyben rétegenként építik a gyémántot. Mindkét folyamatnál egy kis darab gyémánt szükséges a folyamat beindításához, az UNIST eljárása viszont nem igényel sem indító gyémántot, sem nagy nyomást.

Ruoff pár éve, egy 2017-es kutatása során figyelte meg, hogy a folyékony gallium megköti a szenet és grafénhez köti azt metán jelenlétében. Amikor a kutatók ezzel a jelenséggel kísérleteztek, kiderült, hogy ha a galliumot tiszta szilíciumra cseppentik, feloldja azt – ezt követően a megszilárdult fémben apró gyémántkristályokat találtak.

Ezt az utat követve az eljárást tovább finomítva alakították ki a új receptet: a szintézis során folyékony galliumot, szilíciumot, vasat és nikkelt kevernek egy 1025 Celsius-fokos olvasztótégelyben, ahol hidrogén és metán környezetében gyémánt keletkezik.

Az UNIST-nél először százliteres tartályokkal kísérleteztek, amiket óvatosan, három óra alatt árasztottak el metánnal és hidrogénnel. Ruoff ezután kisebb, kilencliteres tartályokkal próbálkozott, amelyekben negyedóra alatt tudott gyémántot előállítani. A Nature hasábjain közölt tudományos beszámoló szerint a módszerrel olyan filmvékonyságú gyémánt állítható elő, amely hasznosnak bizonyulhat kvantumszámítógépekben, szenzorokban, sugárdetektorokban és lézerekben.