Естественные алмазы образуются в течение длительного времени под воздействием высоких давлений и температур в недрах Земли. В отличие от этого, создание синтетических алмазов может занять всего несколько часов, однако традиционные методы требуют интенсивного прессования в течение нескольких недель. Новая технология, основанная на использовании смеси жидких металлов, позволяет производить искусственные алмазы в считанные минуты без необходимости прикладывать значительные усилия сжатия.
Раньше для производства алмазных пленок необходимы были экстремально высокие температуры и давление, сравнимое с атмосферным. Тем не менее, исследователи из Южной Кореи разработали метод, который позволяет формировать алмазные пленки при значительно более низких температурах и давлениях, что предоставляет возможности для улучшения производства синтетических алмазов.
Технология растворения углерода в жидком металле для получения алмазов была применена еще полвека назад компанией General Electric с использованием расплавленного сульфида железа. Однако для таких методов все еще требовались высокие давления около 5–6 гигапаскалей и специальное алмазное «зерно» для удержания углерода.
Современные ученые обнаружили способ выращивания алмазов при низком давлении и умеренной температуре, используя специально разработанный жидкометаллический сплав из галлия, железа, никеля и кремния. Они создали специальную вакуумную систему в графитовом кожухе, которая позволяет быстро нагревать и охлаждать металл, вступающий в реакцию с метаном и водородом.
В таких условиях углеродные атомы из метана мигрируют в жидкий металл, служа затравкой для формирования алмазов. Через 15 минут начинают формироваться мелкие кристаллические фрагменты алмазов, которые вытесняются из жидкого металла к его поверхности, а спустя два с половиной часа формируется непрерывная пленка алмазов. Несмотря на то, что концентрация углерода уменьшается на глубине нескольких сотен нанометров, ученые считают, что этот процесс можно дополнительно оптимизировать.
«Мы убеждены, что небольшие изменения позволят выращивать алмаз на большей поверхности, используя дополнительные материалы или интерфейсы, адаптируя элементы нагрева для расширения зоны потенциального роста и эффективно распределяя углерод в зоне формирования алмазов», — отмечают исследователи.
Эти исследования еще находятся на начальном этапе, но авторы уверены в их большом потенциале. Они полагают, что использование других жидких металлов может привести к аналогичным или даже более эффективным результатам. Если новая методика раскроет свой потенциал, производство алмазов станет быстрее и проще.
Исследователи также указывают, что применение жидких металлов может значительно ускорить процесс роста алмазов на различных поверхностях и упростить создание алмазов на мелких алмазных ядрах. В связи с сокращением продаж, алмазный гигант De Beers недавно снизил цены на свои камни на 25%, а производители из России и Индии временно приостановили добычу алмазов.