Как делают искусственные алмазы: технология производства. Как сделать алмазы из арахиса

Как сделать алмазы из арахиса

Алмаз с нуля — с арахисовым маслом

Понимание того, как алмазы образуются в глубинах Земли может объяснить, как жизнь развивалась на нашей планете. Так команда из Германии пыталась подделать драгоценные камни. Лабораторное производство алмазов из углекислого газа и арахисового масла.

Дэн Фрост слышит глухой выбух и пол его офиса вибрирует. Это означает только одно: один из его экспериментов снова взорвался. Пробираясь вниз, к лаборатории, он находит шок на лицах своих коллег по лаборатории. От того, где они работают, он почувствовал, как взорвалась небольшая бомба. У их учеников всё ещё расширены глаза от страха. «Это звучит ужасно», говорит он извиняющимся тоном. «Но это не опасно — всё защищено.»

Взрыв является частью их работы. Учёный в Bayerisches Geoinstitut в Германии пытается имитировать условия нижней мантии Земли, за тысячи километров ниже наших ног. Это включает в себя дробление пород на самых высоких давлениях, известных человечеству.

Неудивительно, случаются неудачи. В рамках этой работы, Фрост нашёл удивительные способы делать алмазы — от углекислого газа, например. И арахисового масла. Да, арахисовое масло.

По сравнению с нашими огромными достижениями в освоении космоса, мы по-прежнему знаем очень мало о мире, лежащим под нашими ногами. Начальная геология говорит нам, что недра Земли можно разделить на грубые слои: сердцевину, нижнюю и верхнюю мантию, и корочку. Но их точный состав по-прежнему тайна — и это серьезный пробел наших знаний.

«Если мы хотим понять, как образовалась Земля, то одну из вещей, которую вы должны знать, из чего сделана планета»

Многие геологи предполагают, что Земля сделана из того же материала, что метеориты из астероидного пояса. Проблема в том, что большинство метеоритов, которые падают на землю имеют более высокую долю кремния, чем мы находим в земной коре. Так где же он делся? Одним из вариантов является то, что он застрял в нижней мантии.

Фрост использует мощный поршень, чтобы выдавить со скоростью маленькие образцы кристаллов при атмосферном давлении до 280000 раз, для них одновременно приготовлены печи. Это воссоздает условия как в верхних слоях нижней мантии около 800 или 900 км ниже поверхности Земли, в результате чего атомы кристалла перестраиваются в более плотные структуры.
Вторая наковальня давит вновь образованные минералы — имитируют те условия, что лежат в более глубоких пластах Земли. В то время как образец всё ещё находится в этом устройстве, он измеряет какие звуковые волны проходят через полученный кристалл. Сравнивая эти данные показаний сейсмических волн, проходящих через недра Земли, он может узнать, является ли его образец близким по составу к мантии.

Поглощения углерода и Поверхностные взаимодействия

Мантия, оказывается, не содержит высокой доли кремния, соответствующей составу метеоритов. Земля изначально имела гораздо больше корку, полную кремния. Возможно, потребуется пересмотреть исходные материалы, из которых Земля сделана в первую очередь.

Процесс интенсивного давления также создал минеральный рингвудит, тёмно-синий силикат железа магния, которые держат воду. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в глубине мантии могут скрываться «океаны» Земли.


Контр-интуитивно расскажу о воздухе, которым мы дышим. Фрост подозревает, что ряд геологических процессов могут тянуть CO2 из океана вниз, в мантию, где он преобразуется в алмазы. Эти драгоценные камни являются менее изменчивыми, чем другие формы углерода. Это означает малую вероятность, что они будут выпущены обратно в атмосферу.

Бриллиантами мантия замедлила потепление Земли, потенциально помогая эволюции жизни.

Ключевым компонентом для того, чтобы это произошло, считает он, является железо. Именно потому, что Дэн Фрост воссоздал процесс ковки алмаза из воздуха, он смеет это утверждать.

рост не разбогател от своего урожая; алмазы мучительно долго растут. «Если бы мы хотели получить двух или трёх-миллиметровый алмаз, мы должны были бы оставить его в реакторе в течение нескольких недель», говорит он.

Это не помешало ему экспериментировать с другими источниками для производства алмаза, однако; по приказу немецкого телеканала, он создал некоторые алмазы из богатого углеродом арахисового масла. «Много водорода был выпущено, разрушающего эксперимент», говорит он.

Как сделать алмазы

Сможет ли его институт делать искусственные алмазы, наделённые различными свойствами? Легированные бором алмазы становятся лучшими полупроводниками для электроники.

Использование других структур углерода в качестве сырья — в виде крошечных «нано трубок», например, — может сделать новый тип супер-сильного алмаза, более сложный, чем любой другой известный материал.

По большей части, однако, Фрост заинтересован в дальнейших тайнах истории Земли. «Мне интересно, как недра Земли взаимодействуют с поверхностью; каков возраст Земли. И если мы ищем другие обитаемые планеты, мы должны рассмотреть многие тайные процессы.» Жизненно важная работа, безусловно, требует жертв — немного арахисового масла и странных взрывов.

Читать еще:  Делаем пригласительный на детский день рождения своими руками. Делаем приглашение на день рождения самостоятельно

Как самому сделать алмаз и возможно ли это в домашних условиях — лучшие способы

Вопрос, как сделать алмаз своими руками, минуя многовековые природные процессы, приходил в голову тысячам людей. Первым ответ нашел советский физик, положивший начало процессу. Есть способы получения камня дома.

Первые искусственные алмазы

Выращивание алмазов осуществляется с 1953 г. Первой производство синтетических кристаллов наладила Швеция. В СССР разработки велись с 1938 г. ученым Лейпунским, внесшим основной вклад в определение нужных условий, чтобы сделать из графита дорогой самоцвет.

Первый советский лабораторный камень был получен в 1961-м.

Далее много стран (Бельгия, США, Англия, Япония и др.) наладили производство искусственных алмазов. Для этого использовались иные методы:

  • осаждение из газовой среды (ацетилен, метан, т. е. углеводороды);
  • детонация взрывчатки;
  • высокое давление, высокая температура (HPHT);
  • ультразвуковая кавитация.

Можно ли из графита получить алмаз

300 лет назад уголь, графит и алмаз и относились к совершенно разным веществам. В 17-м веке появились первые исследования, подтверждающие родство непохожих друг на друга предметов.

В Англии Теннант, занимавшийся химией, смог сделать опыт, выявивший, что все они состоят из углерода. Действительно, внешне ни о каком сходстве не может быть и речи.

  1. Темно-серый, блестящий, ближе к пастообразному, чем к твердому, состоящий из скользящих друг по другу чешуек – таков графит. Его твердость по шкале Мооса равна 2 баллам, где за 1 принят тальк. Применяется как смазка между скользящими друг по другу поверхностями и при изготовлении карандашей. Проводит ток.
  2. Уголь черный, на изломе может блестеть. Абсолютно непрозрачен. Твердость от 2 до 5 баллов из-за примесей кислорода и азота, вступающих в реакцию с углеродом, позволяющих сделать структуру более плотной.
  3. Алмазы – это эталон твердости среди камней, 10 из 10. Они прозрачны, применяются для резки стекла. Не проводят ток.

В 1955 году эксперимент увенчался успехом – путем воздействия температуры и давления слоистая кристаллическая решетка графита перестроилась до тетраэдрической алмазной.

Условия превращения графита в алмаз:

  • температура 1800 °С;
  • давление в 120 тысяч атмосфер.

Современные методы синтеза алмазов из графита

Искусственный алмаз можно сделать из богатых углеродом веществ (сажи, графита, сахарного угля и др.) при высоком давлении (более 50 тысяч атмосфер) и температуре выше 1200 °С с добавлением катализаторов. Кристаллы нарастают в метане.

Выпускаемые синтетические камни отличаются по прочности:

  • АСО – обычной прочности;
  • АСР – повышенной прочности;
  • АСВ – высокой прочности;
  • АСК и АСС – алмазы монокристаллические.

Сделать синтетический алмаз из графита можно путем соблюдения этапов сложного технологического процесса.

  1. Вначале в специальной камере создаются нужные условия для роста кристаллов. Каждый алмаз растет индивидуально. Одна лаборатория способна вырастить не более 200–300 алмазов в год.
  2. После выращивания камню придают цвет. Окраска лабораторного алмаза медово-желтая из-за азота. Для получения желтого, розового, зеленого, красного оттенка применяются технологии постростовой термобарической обработки (HPHT) – дополнительный отжиг минерала при высоких температурах и давлениях.

Самостоятельное получение алмаза из графита

Есть 2 основных способа, позволяющих вырастить довольно крупный алмаз в домашних условиях.

1-й способ

Чтобы своими руками быстро сделать алмаз из графита, потребуется:

  • источник тока, к примеру, сварочный аппарат;
  • графит из карандаша;
  • провод;
  • холодная вода или жидкий азот.

Суть процесса такова:

  • графит нужно соединить с проводом и опустить в емкость;
  • конструкцию нужно сильно охладить, сделать это можно жидким азотом либо путем замораживания в морозильной камере;
  • после охлаждения подать ток к проводу.

После прохождения электрического заряда графит преобразуется в алмаз. Нужно соблюдать меры предосторожности при работе с электроприборами. При пропускании тока емкость может представлять опасность.

По теме видеоролик:

2-й способ

Настоящий алмаз можно сделать из графита более безопасным способом. Для него необходимы:

  • дистиллированная вода (40 мл);
  • поваренная соль (100 гр.);
  • грифель из карандаша (12 гр.);
  • прочная нить.

Вначале нужно смешать сухие компоненты, затем залить дистиллятом и оставить на сутки. Далее образовавшийся раствор сливается в другую емкость, лучше – с узким горлом, но не выливается совсем, он еще пригодится.

На дне тары обнаруживаются кристаллы – основа будущего камня. Самый крупный привязывается к одному концу нити и опускается в слитый раствор. Второй конец привязывается на зубочистку, карандаш или любую деревянную палочку, расположенную сверху посуды с раствором.

При испарении воды на кристаллической основе будут оседать новые составляющие будущего камня. Если раствора много, то можно сделать несколько точек наращивания самоцвета одновременно. Для получения крупного камня раствор готовится повторно. Новая порция подливается по мере испарения предыдущей.

Для повторного получения жидкости можно растворить в теплой воде маленькие кристаллы, образовавшиеся на дне тары.

Чтобы сделать минерал успешно, нужно соблюдать условия:

  • в комнате не должно быть перепадов температур;
  • следить за уровнем жидкости – растущий камень не должен оказаться на воздухе.

Смотрите как на практике можно самому вырастить кристалл:

Можно ли из угля получить алмаз

Вырастить бриллиант в домашних условиях из угля вполне реально. Для этого будут нужны:

  • термостойкая колба или стакан на 2–3 литра;
  • колба поменьше;
  • пестик и ступка;
  • древесный уголь, можно магазинный;
  • затравка в виде натурального кристалла алмаза;
  • бумажные фильтры.

Для отслеживания процесса пригодится микроскоп, но и без него осуществится рост самоцвета. Этапы выращивания:

  1. Измельчение древесного угля в ступке при помощи пестика. Подойдут мелкие кусочки размером 3–5 мм.
  2. Полученная масса засыпается в термостойкую емкость, заливается дистиллированной водой так, чтобы полностью скрыться. Целиком заполнять тару нельзя – жидкость убежит при нагревании.
  3. Емкость ставится на очень медленный огонь. По мере выкипания вода подливается. Этот этап может занимать от нескольких часов до нескольких дней.
  4. Получаемый желтый, насыщенный углеродом раствор пропускается через бумажные фильтры, наливается в маленькую пробирку и снова выпаривается. Это повторяется 3–4 раза. Цвет жидкости становится густо-желтым.
  5. Через 2–3 дня маленькая пробирка с полученным раствором ставится в теплое место. В нее опускается маленький кристалл алмаза, на котором начинается рост углеродных решеток. При испарении нужно подливать новый раствор – будущий бриллиант не должен контактировать с воздухом.
Читать еще:  Модульное оригами своими руками. Модульное оригами для начинающих: симпатичные фигурки своими руками

Процесс идет очень медленно – за год нарастает 0,01 карата. Поэтому чем больше кристалл для затравки, тем скорее пойдет рост.

В дополнение к теме видео, как происходит процесс изготовления алмаза из стекла:

Сделать алмаз своими руками и без существенных затрат – это реально. Полученные камни можно использовать для создания декора, украшения интерьера. Главное, что нужно при выращивании самоцвета, – это терпение.

Хотите сделать алмаз сами? Имеете опыт выращивания? Расскажите в комментариях. Поделитесь информацией с друзьями и знакомыми – она будет им интересна.

Свойства и методы производства искусственных алмазов

Минералы и полезные ископаемые имеют свойство заканчиваться в недрах земли. Но у людей есть потребность в использовании различных минералов, в том числе и алмазов. Поэтому с развитием технологий начинается разработка и переход на искусственную добычу камней. Искусственные алмазы практически ничем не отличаются на сегодняшний день от натуральных минералов. По виду камни сложно отличить даже геммологам, что свидетельствует о высоком уровне сходства.

Ценные свойства алмаза

Конечно, даже развитие аппаратуры и технологий еще не стало причиной полного перехода от природных камней на синтетические алмазы. Пока компании по выращиванию алмазов в лабораториях руководствуются принципом «два из трех»:

Два из трех критериев выбирается в процессе, но пока предел или идеал не достигнут, ученым есть к чему стремиться.

Большинство людей видят в магазинах алмазы уже в обработанном виде в качестве бриллиантов. Камни оправляются в драгметаллы и выступают в роли дорогостоящих украшений.

По химическому составу бриллиант является углеродом с особым строением кристаллической решетки. Происхождение минералов точно не известно. Существует даже теория космического происхождения алмазов. Наверное, поэтому сложно полностью повторить или воссоздать картину образования камня в лаборатории.

Первые попытки синтезировать камень начались после исследования структуры алмаза — она очень плотная, кристаллическая решетка состоит из атомов, соединенных ковалентными сигма-связами. Разрушить эти соединения легче, чем их сформировать.

Несмотря на то что бриллиант является украшением номер один, камень используется во многих сферах, помимо ювелирного дела. Именно этот фактор и натолкнул ученых на синтез искусственных камней. А еще алмаз имеет уникальные характеристики с точки зрения химии и физики:

  • Самая высокая твердость (10 из 10 по шкале Мооса). Даже состав сплава стали не настолько твердый, как алмаз.
  • Температура плавления вещества 800-1000 градусов Цельсия с доступом кислорода и до 4000 градусов Цельсия без доступа кислорода, с дальнейшим превращением алмаза в графит.
  • Алмаз используется в качестве диэлектрика.
  • У минерала самая высокая теплопроводность.
  • Камень обладает люминесценцией.
  • Минерал не растворяется в кислоте.

Выход на рынок синтетических алмазов может случиться в один момент и стать неожиданностью. Алмазная индустрия претерпит изменения, уменьшатся объемы продаж. Из камня начнут изготавливать полупроводники. Из-за высокой температуры плавления, полупроводники из алмаза можно разогревать до больших показателей, чем кремний. При температурах около 1000 градусов Цельсия кремний в микросхемах начинает плавиться и отключается, а алмаз продолжает работать.

Искусственный алмаз — действительно полезная вещь в науке и производстве. Среди ученых, которые занимаются синтезом алмазов для промышленности распространена такая поговорка: «Если ничего нельзя сделать из алмаза, сделайте из него бриллиант».

Методики создания вещества

Первые попытки получить алмаз искусственный начались еще в конце XVIII века, когда стало известно о составе камня, но технологии не позволяли воссоздать нужную температуру и давление для образования минерала. Только в пятидесятых годах XX века попытки синтеза вещества увенчались успехом. Среди стран, выращивающих алмазы, были США, ЮАР, Россия.

Оборудование для создания искусственных алмазов

Первые синтетические алмазы были далеки от идеала, но сегодня камни практически неотличимы от природных алмазов. Процесс выращивания является трудоемким и материально затратным. Существует несколько вариантов и форм синтеза алмаза:

  • Способ получения HPHT-алмазов. Эта методика близка к природным условиям. При ней необходимо соблюдать температуру 1400 градусов Цельсия и давление в 55000 атмосфер. В производстве используются затравочные алмазы, которые кладут на пласт из графита. Размер затравочных камней до 0,5 миллиметров в диаметре. Все компоненты размещают в специальном устройстве, напоминающем автоклав в определенном порядке. Сначала располагается основа с затравкой, потом идет сплав металла, который является катализатором, затем прессованный графит. Под воздействием температур и давления ковалентные пи-связи графита преобразуются в сигма-связи алмаза. Металл в процессе плавится, и графит оседает на затравку. Синтез продолжается от 4 до 10 дней, все зависит от требуемых размеров камня. Весь потенциал методики не раскрыт, и не все ученые доверяли этой технологии, пока не увидели созданные крупные кристаллы ювелирного качества. Огранка у полученных камней одинаковая.
  • Синтез CVD-алмазов. Аббревиатура расшифровывается, как «осаждение из пара». Второе название процедуры — пленочный синтез. Технология более старая и проверенная, чем HPHT-производство. Именно она создает промышленные алмазы, которые можно использовать даже для лезвий в микрохирургии. По технологии также нужна подложка, на которую помещается алмазная затравка и все это располагается в специальных камерах. В таких камерах создаются вакуумные условия, после чего пространство заполняется газами водорода и метана. Газы разогреваются с помощью СВЧ-лучей до температуры 3000 градусов Цельсия, и углерод, который был в метане, оседает на основу, которая остается холодной. Синтетический алмаз, созданный по этой технологии, получается более чистым, без примесей азота. Эта методика напугала большинство концернов, добывающих камень в природе, поскольку она способна дать чистый и большой кристалл. Такой камень практически не будет иметь металлических примесей и его сложнее будет отличить от натурального. Алмазы, полученные по этой технологии, можно будет использовать в компьютерах в качестве полупроводника вместо кремниевых пластин. Но для этого необходимо усовершенствовать методику выращивания, поскольку пока размеры получаемых алмазов ограничены. Сегодня параметры пластин доходят до отметки 1 сантиметр, но через 5 лет планируется достижение планки в 10 сантиметров. А стоимость карата такого вещества не будет превышать 5 долларов.
  • Способ взрывного синтеза — одна из последних задумок ученых, позволяющих получить искусственный алмаз. Методика дает возможность получить искусственный камень за счет детонации взрывчатых веществ и последующего охлаждения после взрыва. Кристаллы в результате получаются мелкие, но способ приближен к естественному образованию минералов.
Читать еще:  Футляр для туалетной бумаги своими руками. Держатели для туалетной бумаги своими руками

А еще недавно возникло направление, позволяющее создавать мемориальные алмазы. Эта тенденция позволяет увековечить память о человеке в камне. Для этого тело после смерти поддается кремации, а из праха изготавливается графит. Далее графит используется в одном из способов синтеза алмазов. Так, камень содержит в себе останки тела человека.

Поскольку все способы дорогостоящие, нередко в ювелирном деле используют не искусственные вещества, а подделки или другие разновидности камня. Стекляшка среди алмазов — самая дешевая и устаревшая практика. На сегодняшний день она неудачная, поскольку распознать подлинник от подделки можно легко — достаточно царапнуть камень или посмотреть на игру света. Чаще всего в качестве бриллиантов продают фианиты.

Перспектива развития синтеза алмаза

Будущее синтетического алмаза начинается именно сегодня. Искусственный минерал стал символом времени, и вскоре у людей появится доступ к недорогим и красивым изделиям. Но пока технологии находятся на стадии развития и совершенствования. Например, лаборатория в Москве способна выращивать по вышеперечисленным технологиям до 1 килограмма алмазов в год. Конечно, этого мало для обеспечения потребностей промышленности. Дальнейшие обработки добываемых камней также требуют времени и оборудования.

Поэтому пока добыча алмазов ведется традиционными способами, и никто не отказывается от разработки новых месторождений, открытия кимберлитовых трубок. Как только появилось производство искусственных алмазов, компания De Beers — практически монополия на рынке алмазов — начала переживать о своем бизнесе. Годовой оборот концерна составляет до 7 миллиардов долларов в год. Но пока синтетические камни не являются конкурентами натуральным алмазам, а их доля на рынке достигает всего 10%.

А еще, вместе с синтезом, развивалась и геммология, которая позволяет рассказать о происхождении камня. Синтетические алмазы можно легко отличить от натуральных. В качестве признаков выделяют:

  • включения металлов в камнях из лаборатории;
  • секторы роста, которые определяются в цветных алмазах;
  • разный характер люминесценции алмазов.

Технологии и знания ученых совершенствуются с каждым днем. Процесс запущен, над ним работают специалисты. В скором времени мир увидит результаты и, возможно, даже откажется от традиционной добычи алмазов из недр земли.

Алмазы научились получать из арахисового масла

Ученые из Баварского научно-исследовательского института геофизики и геохимии (Bayerisches Geoinstitut) пытались имитировать в лаборатории условия нижней мантии Земли, части, находящейся под астеносферой, где на глубине 2900 километров давление выше атмосферного в 1,3 миллиона раз, и в ходе эксперимента обнаружили некоторые инновационные способы производства алмазов.

Согласно одной из гипотез, алмазы образуются из углерода под действием очень высокого давления. Углерод содержат почти все продукты питания, так что исследователям удалось получить в лаборатории искусственный алмаз из обычного арахисового масла. Его можно получить из любого масла, даже из того, которым вы обычно завтракаете.

Тем не менее, водород, который в арахисовом масле связан с углеродом, значительно осложняет процесс и даже при лучших обстоятельствах превращение происходит медленно: для производства алмаза размером в 2-3 миллиметра требуется несколько недель. Тем не менее, производство искусственных алмазов может быть весьма перспективным для их промышленного применения.

По сравнению с нашими огромными достижениями в исследовании космоса и водных глубин мы все еще знаем очень мало о драгоценном мире, лежащем под нашими ногами. Элементарная геология говорит нам, что структура Земли может быть разделена на ядро, и более низкую и верхнюю мантию и кору. Но их точный состав все еще тайна – и это главный пробел в нашем знании.

«Если мы хотим понять, как формировалась Земля, то одна из вещей, которые ты должен знать, — это то, из чего состоит наша планета. Много геологов предполагает, что Земля была сделана из того же самого материала что и метеориты с пояса астероидов. Проблема состоит в том, что у большинства метеоритов, которые падают на Землю, более высокая пропорция кремния и углерода, чем в земной коре. Возможно, весь земной кремний сосредоточен в самых нижних слоях мезосферы», — размышляет руководитель группы Дэн Фрост (Dan Frost).

Теперь ученых интересует, смогут ли они сделать искусственные алмазы с различными свойствами; соединения алмазов с бором, например, могли бы улучшить электронные полупроводники, склонные к перегреву, а используя другие структуры углерода можно было бы даже получить новый тип суперсильного алмаза, более жесткого, чем какой-либо другой из ныне известных материалов.

Источники:

http://www.molodostivivat.ru/slovo-nayke/kak-sdelat-almazy-iz-araxisa.html
http://zakamnem.ru/interesno/kak-sdelat-almaz
http://dedpodaril.com/yuvelirka/kamni/iskusstvennye-almazy.html
http://polit.ru/news/2014/11/13/ps_diamonds/

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему:

Adblock
detector