U prvom, znanstvenici precizno mjere kako sintetički dijamanti rastu

BUĐENJE!!! PREVEDENO NA HRVATSKI. David Icke FULL HD 2014 (Srpanj 2019).

Anonim

Prirodni dijamant krivotvoreni su ogromnim pritiscima i temperaturama duboko pod zemljom. Ali sintetički dijamant može se uzgojiti nukleacija, gdje sitni komadići dijamanta "sjeme" rast većih dijamantnih kristala. Isto se događa iu oblacima, gdje čestice sjeme rastu ledenih kristala koji se tada rastopiti u kišnim kapima.

Znanstvenici su prvi put primijetili kako dijamanti rastu od sjemena na atomskoj razini i otkrili kako velika količina sjemena treba da potakne kristalni proces u procesu pretjerivanja.

Rezultati objavljeni ovog tjedna u Zborniku Nacionalne akademije znanosti osvjetljavaju kako se nukleacija nastavlja ne samo u dijamantima nego iu atmosferi, u kristalima silicija koji se koriste za računalne čipove, pa čak i kod proteina koji se skupljaju u neurološkim bolestima.

"Rast nukleacije je osnovni princip znanosti o materijalima, a postoji teorija i formula koja opisuje kako se to događa u svakom udžbeniku", kaže Nicholas Melosh, profesor na Sveučilištu Stanford i Laboratorij za nacionalno ubrzanje SLAC-a koji je vodio istraživanje, "Ovako opisujemo od jedne materijalne faze u drugu, na primjer, od tekuće vode do leda".

No, zanimljivo, kaže on, "unatoč širokoj upotrebi tog procesa svugdje, teorija iza nje nikada nije eksperimentalno testirana, jer je promatranje kako kristalni rast počinje od sjemena na atomskim ljestvicama iznimno teško".

Najmanji moguće mrlje

Zapravo, znanstvenici su već dugo poznavali da sadašnja teorija često precijenjuje koliko energije treba da pokrene proces nukleacije, i to vrlo malo. Došli su do potencijalnih načina usklađivanja teorije s realnošću, ali do sada su one ideje testirane samo na relativno velikom mjerilu, na primjer s molekulama proteina, a ne na atomskoj skali gdje počinje nukleacija.

Kako bi vidjeli kako djeluje na najmanjoj razini, Melosh i njegov tim okrenuli su se diamondoidima, najmanjim mogućim bijelim dijamantima. Najmanji sadrže samo 10 atoma ugljika. Ove mrlje u središtu su programa financirane od strane DOE-a na SLAC-u i Stanfordu gdje su diamondoidi koji se prirodno pojavljuju izolirani iz naftnih fluida razvrstani po veličini i formi i proučavani. Nedavni pokusi sugeriraju da se mogu upotrijebiti kao Lego-slični blokovi za montažu nanohiva ili "molekularnih nakovnja" za izazivanje kemijskih reakcija, između ostalog.

Posljednji krug eksperimenata vodio je Stanfordov postdoktorski istraživač Matthew Gebbie. Zainteresiran je za kemiju sučelja - mjesta gdje se jedna faza materije susreće s drugim, na primjer granica između zraka i vode. Ispada da su sučelja nevjerojatno važna u rastućem dijamantima s procesom koji se naziva CVD ili kemijskim parama taloženjem, koji se široko koristi za izradu sintetičkog dijamanta za industriju i nakit.

"Ono što sam uzbuđen je razumijevanje kako veličina, oblik i molekularna struktura utječu na svojstva materijala važnih za nove tehnologije", kaže Gebbie. "To uključuje nanokristalna dijamanta za upotrebu u senzorima i kvantnom računalstvu. Moramo ih učiniti pouzdanim i dosljedno visokom kvalitetom."

Olovo s dijamantom ili olovkom?

Da bi rastali dijamant u laboratoriju s CVD-om, sićušni komadići zdrobljenog dijamanta zasijani su na površinu i izloženi plazmi - oblak plina koji se zagrijava na takve visoke temperature da se elektroni odmaknu od atoma. Plazma sadrži vodik i ugljik, dva elementa potrebna za oblikovanje dijamanta.

Ova plazma može ili otopiti sjeme ili ih povećati, kaže Gebbie, a natjecanje između njih određuje da li nastaju veći kristali. Budući da postoji mnogo načina da se ugljikovi atomi nakupljaju u krutu tvar, sve se mora učiniti pod pravim uvjetima; inače možete završiti s grafitom, obično poznatim kao olovkom, umjesto na sjajne stvari koje ste tražili.

Sjeme Diamondoida daje znanstvenicima puno finiju kontrolu nad tim procesom. Premda su premali da vide izravno, čak i sa najmoćnijim mikroskopima, mogu se precizno razvrstati prema broju ugljikovih atoma koje sadrže, a zatim se kemijski pričvršćuju na površinu silikonskog ostatka tako da su pričvršćeni na mjestu dok su izložen je plazmi. Kristali koji rastu oko sjemenke konačno su dovoljno veliki da se broje pod mikroskopom, i to su istraživači učinili.

Čarobni broj je 26

Iako su diamondoidi bili korišteni za sjeme rasta dijamanata, bili su to prvi pokusi za testiranje učinaka korištenja sjemena različitih veličina. Tim je otkrio da je rast kristala uistinu uklonjen sa sjemenkama koje sadrže najmanje 26 ugljikovih atoma.

Još važnije, kaže Gebbie, uspjeli su izravno izmjeriti energetsku barijeru koju dijamondoidne čestice moraju prevladati kako bi se rastale u kristalima.

"Smatralo se da ta prepreka mora biti poput gigantske planine koju atomi ugljika ne bi trebali moći prijeći - i, zapravo, desetljećima postoji otvoreno pitanje zašto bismo čak mogli napraviti dijamante na prvom mjestu" kaže. "Ono što smo našli bila je više poput blage brda."

Gebbie dodaje: "Ovo je doista fundamentalno istraživanje, ali na kraju dana ono što smo stvarno uzbuđeni i za vožnju je predvidljiv i pouzdan način za izradu dijamantnih nanomaterijala. Sada kada smo razvili temeljna znanstvena znanja potrebna Da bismo to učinili, tražit ćemo načine da ove dijamantne nanomaterijale stavimo u praktičnu uporabu. "

menu
menu