Лабораторные технологии: химические свойства выращенных камней стимулируют прогресс в вычислительной технике, устойчивой энергетике и других развивающихся областях.
Синтетические алмазы существуют уже более 70 лет. Исторически сложилось так, что твердость и долговечность материала подходили для промышленного применения, такого как сверление и резка в автомобильной и аэрокосмической отраслях. Однако достижения в методах выращивания алмазов, особенно химическое осаждение из паровой фазы (CVD), теперь позволяют ученым использовать эти алмазы для более многогранных целей, включая решения для термического охлаждения, аккумуляторы с неограниченным сроком службы и компьютеры квантового класса.
Очень важно, что методы выращивания CVD позволяют производителям контролировать дефекты в структуре углеродной решетки алмаза на наноуровне. Это позволяет развивающимся компаниям “использовать квантовые свойства, которые могли бы открыть новый диапазон датчиков и безопасных коммуникаций”, говорит Дэниел Твитчен, главный технолог подразделения De Beers Element Six, которое производит синтетические алмазы и суперматериалы.
Удачные дефекты
Более 15 лет назад исследователи обнаружили, что определенные дефекты в редких природных алмазах, такие как азото-замещённая вакансия, обладают желаемыми квантовыми свойствами. Element Six создает выращенные в лаборатории алмазы с высокой концентрацией этих точных квантовых дефектов для компаний, которые в них нуждаются, будь то для телекоммуникаций, медицинской диагностики или окислительных элементов, которые перерабатывают органические отходы в воде.
Последняя инновация компании – DNV-B14 – представляет собой тип алмаза, которым “можно управлять при комнатной температуре, что позволяет использовать некоторые странные свойства квантовой механики, такие как принципы запутанности и суперпозиции”, говорит Твитчен.
Синтетика обладает и другими полезными свойствами. “Свойства материала алмаза экстремальны, – отмечает Льюис Фиш, руководитель отдела продукции британской компании Opsydia, специализирующейся на лазерных технологиях. – Он обладает более высокой теплопроводностью, чем такие металлы, как серебро и медь, обладает высокой радиационной стойкостью и не вступает в реакцию с большинством химических веществ”.
В настоящее время Opsydia разрабатывает прецизионные лазерные процессы, которые позволяют создавать устройства на основе алмазов. “Алмазные датчики могут выдерживать суровые химические условия без негативного влияния на результаты измерений”, – уточняет Фиш.
Конечно, полагаться на редкие, ценные и непредсказуемого размера природные алмазы для такого рода экспериментов непрактично. Синтетика открывает простор для исследований.
Новый вид батареи
Выращенные в лабораторных условиях алмазы также играют важную роль в устойчивых технологиях. Одним из примеров является базирующаяся в Сан-Франциско компания NDB, которая, по словам генерального директора Нимы Гольшарифи, стремится “переосмыслить природу батареи”. Название компании расшифровывается как Nano Diamond Battery, и ее продукт “генерирует электричество, подобное солнечному элементу”, объясняет Гольшарифи.
“Но вместо солнечного света он использует излучение от радиоактивного распада. Благодаря этому NDB не зависит от климата и может бесперебойно обеспечивать энергией”.
Процесс включает в себя улавливание остатков ядерных отходов внутри крошечных синтетических алмазов и использование полученного излучения для питания телефонов и автомобилей. Все это может быть сделано безопасно, по словам компании, которая рассчитывает получить рабочий прототип в этом году.
Ювелирная наука
Хоть такие фирмы, как NDB, работают в другой сфере, чем ювелиры с синтетическими бриллиантами, оба вида бизнеса способствуют дальнейшему развитию технологии CVD – и, как следствие, тенденции к снижению цен на камни.
“В 2018 году стоимость производства синтетических алмазов снизилась с $ 2,4 млн за килограмм примерно до $ 40 000 за килограмм, – сообщает Гольшарифи. – С развитием технологий мы ожидаем снижения цен в ближайшем будущем, что сделает нашу технологию еще более привлекательной”.
Element Six является еще одним доказательством того, что выращивание промышленных алмазов идет рука об руку с изготовлением камней ювелирного качества. Например, ювелирный бренд De Beers Lightbox появился, когда компания применила запатентованную Element Six технологию CVD к ювелирным изделиям с бриллиантами.
“Контроль и уменьшение примесей являются основой превосходных квантовых свойств, а также основой высокого цвета и прозрачности драгоценных камней, – говорит Твитчен. –Удивительно, что те же дефекты, которые придают бриллиантам розовый цвет, также обладают экстраординарными квантовыми свойствами”.
Устранение этих дефектов может привести к революционным достижениям в области здравоохранения, безопасности и развлечений, а также усовершенствовать процесс создания ювелирных изделий с разнообразными по цвету синтетическими бриллиантами массового производства. Поэтому неудивительно, что Твитчен называет алмаз “абсолютным суперматериалом”.
Изображение: Легированный азотом алмаз, выращенный в лаборатории Element Six, светится красным цветом под воздействием зеленого лазера (Element Six).
С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте
Загрузка...
