Gli scienziati coltivano diamanti da zero in 15 minuti


I ricercatori hanno sviluppato una tecnica rivoluzionaria per sintetizzare i diamanti alla normale pressione atmosferica senza la necessità di iniziare le pietre preziose. Questo progresso potrebbe semplificare notevolmente la coltivazione dei diamanti in laboratorio.

Come sintetizzare i diamanti

I diamanti naturali si formano nel mantello terrestre, sotto pressioni e temperature estreme, centinaia di chilometri sotto la superficie. Questo processo naturale richiede pressioni di diversi gigapascal e temperature superiori a 1.500 gradi Celsius.

Attualmente, il metodo più comune per sintetizzare i diamanti artificiali è crescita ad alta pressione e alta temperatura (HPHT). Questa tecnica imita le condizioni estreme del mantello terrestre per convertire il carbonio in diamante. Tuttavia, è costoso, difficile da mantenere e limitato nella dimensione dei diamanti che può produrre. Inoltre, questo metodo richiede spesso una settimana o più per creare piccoli diamanti. Un'alternativa, la deposizione di vapori chimici (CVD), elimina alcuni vincoli dell'HPHT, come le alte pressioni, ma richiede comunque semi di diamante.

Una nuova tecnica rivoluzionaria

Rodney Ruoff, un chimico fisico dell'Istituto di scienze di base della Corea del Sud, e il suo team hanno sviluppato un metodo che sintetizza i diamanti alla normale pressione atmosferica senza avviare gemme. Questa tecnica utilizza gallio riscaldato elettricamente con una piccola quantità di silicio in un crogiolo di grafite.

Nel dettaglio, il team ha introdotto metano caldo e ricco di carbonio in una camera appositamente progettata. Questa camera, mantenuta a pressione atmosferica al livello del mare, crea un ambiente ottimale per la crescita dei diamanti. I ricercatori hanno poi scoperto che una miscela di gallio, nichel, ferro e silicio era ideale per catalizzare la crescita dei diamanti. Riscaldato elettricamente, il gallio funge da catalizzatore mentre il silicio svolge un ruolo cruciale nella formazione dei diamanti.

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Più concretamente, quando il metano ricco di carbonio passa attraverso questa miscela riscaldata, i diamanti iniziano a formarsi in soli quindici minuti. In due ore e mezza alla base del crogiolo si sviluppa un film diamantato più completo. Le analisi spettroscopiche hanno poi confermato che questo film di diamante è prevalentemente puro con qualche traccia di silicio.

diamanti
I diversi diamanti realizzati con questa nuova tecnica. Crediti: Istituto di Scienze Fondamentali

Sfide e prospettive

Sebbene promettente, questo nuovo metodo presenta tuttavia alcune sfide. I diamanti prodotti sono infatti minuscoli, molto più piccoli di quelli creati da HPHT, che li ha realizzati inutilizzabile per gioielli. Tuttavia potrebbero trovare applicazioni tecnologiche, in particolare nella lucidatura e nella perforazione.

Anche il meccanismo di formazione rimane solo parzialmente compreso. I ricercatori ritengono che il silicio agisca come un seme attorno al quale si cristallizza il carbonio. Un abbassamento della temperatura sembra poi dirigere il carbonio del metano verso il centro del crogiolo dove si trasforma in diamante. Tuttavia, saranno necessari ulteriori studi per comprendere appieno il processo.

Rodney Ruoff ritiene tuttavia che questo metodo potrebbe trasformare la sintesi dei diamanti in laboratorio, rendendo il processo più economico e più semplice. Sebbene le applicazioni commerciali non siano ancora del tutto chiare, questa innovazione ha un potenziale enorme.

I dettagli dello studio sono pubblicati sulla rivista Natura.





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