Diamantový film vytvořený novým postupem. Kredit: Gong et al. (2024), Nature.

Pokud víme, trvá velice dlouhou dobu, než za extrémních teplot a tlaků v zemském nitru vzniknou přírodní diamanty. Syntetické diamanty je možné vyrobit mnohem rychleji. I tak to ale v dnešní době obvykle zabere několik dní (5-12), přičemž výrobní postup vyžaduje teplotu alespoň 1 500 °C a tlak cca 5 GPa, čili přibližně 50 tisíc atmosfér (metoda HPHT, high pressure and high temperature).

Rodney Ruoff z jihokorejského Institute for Basic Science v Ulsanu a jeho kolegové vyvinuli nový postup výroby laboratorních diamantů, který je založený na směsi kapalných kovů. Dobu potřebnou pro výrobu diamantů zkracuje na minuty. Diamanty se začínají tvořit za 10 až 15 minut a jejich růst asi za 150 minut ustává.

Rodney Ruoff (2018). Kredit: UNIST.

Tento nový proces sice stále vyžaduje vysokou teplotu, konkrétně 1 025 °C, ale postačuje mu běžný tlak, tedy 1 atmosféra, mnohonásobně méně než obvykle. Normální tlak přitom znamená mnohem méně náročný výrobní proces. Ruoff a spol. jsou přesvědčeni, že po převedení do průmyslového měřítka by jejich technologie měla přinést revoluci do výroby syntetických diamantů.

Logo. Kredit: Institute for Basic Science.

Ruoffův tým využil rozpouštění uhlíku v kapalném kovu, konkrétně ve směsi gallia, železa, niklu a křemíku. Použití rozpouštění uhlíku v kapalném kovu při výrobě diamantů přitom není úplně nové. Společnost General Electric již asi před půlstoletím vyvinula podobný proces, který zahrnuje kapalný sulfid železa. Vyžaduje ale kromě teploty 1 600 °C také drtivý tlak kolem 7 GPa.

Nový postup zahrnuje velmi rychlé ohřátí a následné ochlazení směsi kovů, která je současně vystavena působení směsi metanu a vodíku. Za těchto podmínek dochází k tomu, že se atomy uhlíku z metanu dostanou do kapalného kovu a sehrají roli krystalizačních jader pro vznik diamantů. Nevznikají při tom atraktivní diamanty velké jako pěst, ale spíše diamantový film.

Syntetické diamanty jsou v dnešní době velmi žádaným materiálem. Využívají se v různých průmyslových procesech, také v biomedicíně, v elektronice, a také třeba v kvantových počítačích. Poptávka neklesne, spíš naopak. Zjednodušení jejich výroby představuje velký krok vpřed.

Video: [Lab Intro.] Prof. Rodney Ruoff

Literatura

Science Alert 25. 4. 2024.

Nature online 24. 4. 2024.