Химия
Википедия
Химия
Химией называется одна из обширных и важных отраслей естествознания о веществах и их свойствах, строении, а также о превращениях, которые происходят во вр... читать далее »
Новости по Химии
08.04.2014 15:57
Ученые разработали новый простой способ превращения графита в алмаз. Химия.
Традиционно искусственные алмазы медленно выращиваются из углерода в условиях высокой температуры и давления.
Но ученые из Стэнфордского университета нашли более простой и быстрый метод превращения графита (материала, используемого для изготовления грифелей карандашей) в кристаллическую форму углерода, в искусственный алмаз. Этот метод, который работает без необходимости использования высокого давления, основан на использования водорода и платинового основания, может стать основой крупномасштабного производства алмазов, используемых в режущих инструментах, в различном оборудовании, в области квантовых вычислений и коммуникаций.
Обычно синтетические алмазы изготавливаются из графита, материала, который можно условно рассматривать как многослойный графен. Графит подвергают воздействию очень высокого давления, в пределах 150 тысяч атмосфер, сил которого достаточно для реформирования одномерной кристаллической решетки графена в трехмерную кристаллическую решетку алмаза. Понятно, что такой метод никак нельзя назвать простым, его реализация требует использования высокопрочного и теплостойкого механического оборудования, что отрицательно сказывается на стоимости конечного продукта, т.е. искусственных алмазов.
Новый метод, разработанный стэндфордскими учеными, позволяет создать гибкое и простое производство синтетических алмазов, стоимость которых будет равна только небольшой части от стоимости алмазов, получаемых традиционным путем.
Рис. 1.
Как это часто бывает в науке, новый метод изготовления синтетических алмазов стал «побочным открытием», сделанным в ходе исследований, направленных совершенно в иную сторону. Изначально стэндфордские ученые работали над графеном с целью упрощения технологий его применения в транзисторах.
Группа, возглавляемая Сарпом Кая (Sarp Kaya), поместила на платиновую подложку несколько слоев графеновой пленки и подвергла верхний слой химической обработке водородом. И вместо того, чтобы получить очередной вариант высокоэффективной замены кремнию, ученые зарегистрировали начало цепной реакции, которая преобразовала кристаллическую структуру нескольких графеновых слоев в один алмазный кристалл.
Рис. 2.
Проводя более тщательные исследования, ученые выяснили, что присутствие водорода является причиной создания ковалентных химических связей между нижним слоем графена и платиновым основанием.
Позже, при содействии того же самого водорода к получившейся нижней части кристаллической решетки будущего алмаза подобным образом начинают присоединяться и более верхние слои графена, а платиновое основание в ходе дальнейших превращений выполняет роль стабилизатора структуры будущего кристалла.
Ученые надеются, что
дальнейшие исследования в этом направлении позволят им понять все тонкости происходящих процессов, и они научаться с помощью простых технологий превращать одну любую форму углерода в любую другую, изменяя такие параметры, как материал основания, количество углеродных слоев, давление водорода и температуру.
Источник