„Конструираните“ диаманти, или как се създава блясък с помощта на иновативните технологии

11.10.2020 г.4 мин.

Инженерни истории

От древността до наши дни величественият статут на диамантите е константен и мнозина от нас, както героинята на Одри Хепбърн от „Закуска в Тифани“, трудно устояват на техния блясък. В днешната история обаче ще погледнем отвъд витрините, за да научим повече за т.нар. синтетични, познати още като „култивирани“ или „конструирани“ диаманти, както и какви са методите и технологиите за тяхното производство.

Синтетичните диаманти притежават същите физични и химични свойства като естествено създадените. Разликата е в тяхното производство – в лабораторни условия посредством модерна технология, имитираща естествения процес.

Нека да видим какво се случва зад стените на лабораторията

За първи път синтетични диаманти са създадени в началото на 50-те години на миналия век от изследователи в лабораторията Allmanna Svenska Elektriska Aktiebolaget в гр. Стокхолм, Швеция.

В традиционния метод се използват тежки машини, експлозиви, хидравлично оборудване, с помощта на които скъпоценните камъни се извличат от дълбините на земята.

Геолози твърдят, че естествените диаманти са се образували дълбоко в земята преди между 1 и 3 млрд. години. Предполага се, че това е провокирано от въглероден диоксид, заровен на над 160 000 m под земната повърхност.

Лабораториите обаче „култивират“ диаманти, по метода високо налягане-висока температура (HPHT) или чрез химическо отлагане на пари (CVD).

За диамантите, произведени чрез модела HPHT, се прилагат три вида машини – лентова преса, кубична преса и преса с разделена сфера (BARS). По този начин се създава благоприятна за растежа на диамантите среда. Първоначално, диамантените семена се поставят във въглерод и се излагат на температура от около 1500 °C и налягане от близо 103421 bar. С разтопяването на въглерода около семената започва образуването на диамантите. Следва процес на охлаждане, от който се образува чистият въглероден диамант.

При производството на диаманти чрез химическо отлагане на пари диамантеното семе се поставя в запечатана камера и се загрява до около 800 °C.

В камерата се поставя богат на въглерод газ, като например метан. Започва процес на йонизиране на газа в плазмата чрез технология, наподобяваща тази на микровълните или лазерите. Йонизацията разрушава молекулните връзки в газовете. Чистият въглерод се задържа към диамантеното семе, след което се наблюдава бавно кристализиране.

 

Производство с добавена стойност

Традиционният метод изисква близо 477 l вода на 1 карат, докато в лабораторни условия количеството вода е около 68 l. Изследване на Frost & Sullivan сочи, че добитите диаманти водят и до „постоянно изхвърляне на отпадъчни води и замърсители по повърхностните на водните басейни“.

Значително по-малка е и енергията, необходима за изработката на диамантите в лаборатория, като голяма част от нея е от възобновяеми източници.

Освен редуцирането на нивата на въглеродни емисии, процесът на създаване на „конструираните“ диаманти не предизвиква отделяне на серен оксид, посочват още изследоватeлите от Frost & Sullivan.

За да подготвим материала, използвахме информация от cleanorigin.com, cen.acs.org и др.

Източник на снимковия материал: cleanorigin.com, freepik.com, pixabay.com