Dijamant je čvrsta stena od ugljenika i najtvrđe poznate prirodne supstance. Pošto dijamanti imaju i neka izvanredna optička i fizička svojstva, u toku su intenzivna istraživanja o njihovoj upotrebi u laserskoj i kvantnoj tehnologiji.
Sintetički dijamanti ili dijamanti proizvedeni u laboratoriji su „gajani“ mnogo decenija, a proces je sada izuzetan.
Svaki prirodni dijamant je drugačiji i može sadržati mnogo nečistoća iz zemlje, kao i znakove stresa koji se mogu razlikovati u celom kristalu.
Međutim, svaki sintetički dijamant, napravljen pod više kontrolisanim uslovima, je ujednačenog kvaliteta i sa svim nečistoćama se može pažljivije upravljati.
Šta su zapravo dijamanti uzgojeni u laboratoriji i kako se upoređuju sa stvarnim? Profesori Trejsi Rašmer i Rič Mildren sa Univerziteta Mekveri objašnjavaju.
Sintetički dijamanti su hemijski i fizički identični dijamantima koji se pojavljuju u prirodi, i može biti veoma teško razlikovati ih golim okom ili čak pomoću juvelirskog stakla.
Često je jedini način da se definitivno razlikuju laboratorijski uzgojeni od prirodnih dijamanata korišćenjem specijalističke opreme koja meri molekularne karakteristike dijamanata, kao što je apsorpciona spektroskopija ili fotoluminiscencija.
Dijamanti koji se sintetišu za nakit mogu biti obojeni uvođenjem određenih elemenata uključujući dodatni azot za žuti, bor za plave ili silicijum za ružičaste dijamante, ili korišćenjem tretmana toplotom ili zračenjem.
Dva glavna načina za uzgoj sintetičkih dijamanata su metoda visokog pritiska i visoke temperature (HPHT) ili korišćenjem hemijskog taloženja pare (CVD).
U HPHT metodi, mi stavljamo mali fragment prirodnog dijamanta za „seme“ u komoru ispunjenu ugljenikom i izlažemo je visokom pritisku i visokim temperaturama, u brzoj verziji prirodnih procesa koji se odvijaju milionima godina. . Ugljenik tada kristališe oko semena, povećavajući taj originalni dijamant za oko milimetar dnevno.
Zatim odsečemo malo novi dijamant koji smo napravili za sledeće seme i ponovimo.
CVD metoda uključuje zagrevanje gasne mešavine ugljovodonika i vodonika u vakuumskoj komori, uzrokujući da se atomi ugljenika odvoje od gasa i talože kao sloj dijamanta na površinu. Proces može potrajati nekoliko sati da bi se napravio tanak sloj dijamanta, a zatim se ponovio da bi se stvorili slojevi debljine mnogo milimetara.
Većina prirodnih dijamanata je stara između jedne i tri milijarde godina. Oni se uglavnom formiraju u starim, hladnim kratonima — drevnim strukturama kontinentalne kore 150 kilometara ili više ispod površine Zemlje — gde temperature dostižu 650 do 1.000°C, a pritisak je i do 100.000 veći od površine zemlje.
Atomi ugljenika se zatim spajaju pod ekstremnim pritiscima i temperaturama i vezuju se u kristale koji polako rastu milionima godina. Ovi neobični uslovi znače da dijamante vidimo samo kada vulkan eksplodira, donoseći ih na površinu zemlje.
Većina prirodnih dijamanata datira pre prvih kopnenih biljaka, tako da se dijamanti skoro uvek formiraju od karbonatnih stena, a ne od komprimovanog uglja.
Napori da se sintetišu dijamanti počeli su nakon što je engleski hemičar Smitson Tenant dokazao da se dijamanti sastoje od ugljenika 1797. godine, a do sredine 1950-ih naučnici su uspeli da uzgajaju dijamante u laboratoriji. Proces je vremenom postao jeftiniji i efikasniji.
Globalno tržište dijamanata uzgojenih u laboratoriji brzo raste, a Businessvire predviđa da će dostići 37,32 milijarde dolara do 2028. godine.
Dijamanti uzgojeni u laboratoriji su obično mnogo jeftiniji od dijamanata koji se pojavljuju u prirodi, sa cenama do 80% nižim jer ne podležu ograničenjima ponude i visokim troškovima rudarenja prirodnih dijamanata.
Brzo rastuće tržište laboratorijskih dijamanata brušenih i poliranih za upotrebu u nakitu je doživelo brz pad cena; Jednokaratni dijamanti iz laboratorijske kompanije za proizvodnju dijamanata Lightbok (u vlasništvu giganta za maloprodaju prirodnih dijamanata de Beers) bili su po ceni od 800 američkih dolara u 2023.
Australijski prodavac rasutih dijamanata Brilliant Earth navodi okrugli, „super idealan“ laboratorijski dijamant od jednog karata po ceni od 1.830 dolara u poređenju sa sličnim prirodnim dijamantom po ceni od 9.435 dolara – više od pet puta više od cene.
Izvan potrošačkog tržišta, međutim, dijamanti imaju sve veći opseg upotrebe, a Amazon sada radi sa de Beersom na proizvodnji dijamanata za kvantne računarske aplikacije.
Jedinstvena svojstva dijamanata čine ih idealnim za lasere, uključujući njihovu sposobnost da pojačavaju svetlost i nose sa skoro bilo kojom talasnom dužinom svetlosti (od teraherc oblasti do dubokog ultraljubičastog), i njihovu superiornu toplotnu provodljivost koja smanjuje pregrevanje.
U Istraživačkom centru za fotoniku Univerziteta Mackuarie, dijamantski laseri se koriste za širok spektar istraživačkih svrha, od senzora životne sredine, do medicinskih i zdravstvenih aplikacija, pa čak i u astronomiji, a u toku je rad na izradi dijamantskih lasera različitih talasnih dužina (boja) i razmera povećati snagu dijamantskih lasera.
Dijamanti se takođe istražuju u kvantnim aplikacijama, od razvoja kvantnih računara do stvaranja sistema za snimanje visoke rezolucije koji mogu da otkriju pojedinačne molekule.
Sintetički dijamanti imaju veoma širok spektar drugih upotreba; na primer, sada postoji tržište za dijamante koji se uzgajaju iz kose voljene osobe ili kremiranog pepela čoveka ili kućnog ljubimca.
To je zato što se dijamant može uzgajati iz bilo kog izvora ugljenika i bilo kog organskog materijala, kada se razbije na njegove osnovne komponente. Istraživači su napravili dijamante od svih vrsta stvari – uključujući tekilu, pa čak i puter od kikirikija.
Razgovarali smo o stvaranju dijamanta od Vegemite-a u jednoj fazi — tehnički je to moguće.
Još jedna važna i rastuća upotreba sintetičkih dijamanata je u obliku tankih slojeva koji se mogu primeniti kao film za hlađenje električnih komponenti velike snage i visokih performansi, koje generišu značajnu toplotu prilikom njihove upotrebe.
Dijamanti su takođe od ogromnog interesovanja kao elektronski materijal za tehnologiju tranzistora sledeće generacije – nešto što se takođe istražuje na Univerzitetu Mekvori.
