Almaz (aus dem Altgriechischen ἀδάμας - "unzerstörbar") ist das härteste, korrosionsbeständigste und wärmeleitendste Mineral, aber das ist nicht der Punkt und nicht einmal seine wunderbaren Schmuckeigenschaften. Wenden wir uns Almaz als … dem wertvollsten Halbleiter der Zukunft zu. Dann werden wir die Möglichkeiten prüfen, ihn aus einem gusseisernen Heizkörper zu gewinnen, und schließlich werden wir verstehen, dass dieses wertvolle Mineral nicht Millionen von Jahren alt ist! Und wie meine Leser vermuten, ist Wasserstoff auch hier unverzichtbar!
Super Diamanten - Halbleiter
Diamant ist eine mineralische, kubische allotrope Form von Kohlenstoff. Unter normalen Bedingungen ist es metastabil, dh es kann auf unbestimmte Zeit existieren. Im Vakuum oder in einem Inertgas bei erhöhten Temperaturen (2000 ° C) verwandelt es sich allmählich in Graphit, in Luft brennt Diamant bei 850-1000 ° C aus. Das härteste inkompressible Mineral, die höchste Wärmeleitfähigkeit 900-2300 W / (mK), hoher Brechungsindex und Dispersion.
Aufgrund des resultierenden dünnen Gasfilms hat Diamant einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten gegen Metall in Luft. Überträgt ein breites Spektrum elektromagnetischer Wellen, beginnt unter dem Einfluss von Röntgen- und Kathodenstrahlung zu leuchten. Röntgenlumineszenz wird in der Praxis häufig verwendet, um Diamanten aus Gesteinen zu extrahieren. Hohe Transparenz und hoher Brechungsindex bewirken, dass die Lichtstrahlen viele Male im Kristall reflektiert werden, wodurch ein einzigartiges "Lichtspiel" entsteht, das einen Diamanten zu einem wertvollen Juwel macht.
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Jedes Kohlenstoffatom in der Struktur eines Diamanten befindet sich im Zentrum eines Tetraeders, dessen Eckpunkte die vier nächsten Nachbarn sind, was die höchste Härte des Diamanten erklärt.
Diamanten können aufgrund ihrer vierwertigen Struktur als Ersatz für Germanium- und Siliziumkristalle in Halbleitern verwendet werden. Wenn ein Germaniumtransistor bei Temperaturen bis 75 ° C verwendet werden kann, ein Siliziumtransistor - bis 125 ° C, dann können Diamanttransistoren bei Temperaturen bis 500 ° C verwendet werden! Blaue Diamanten sind für die Messung kleinster Temperaturänderungen mit einer Empfindlichkeit von 0,002 ° C unverzichtbar und haben neben hoher Säurebeständigkeit und Wärmebeständigkeit keine Konkurrenz in diesem Bereich!
Der Ursprung der Diamanten
Diamanten kristallisieren im Mantel in einer Tiefe von 200 km oder mehr bei einem Druck von 4 GPa und einer Temperatur von 1000-1300 ° C und werden infolge explosiver Prozesse, die mit der Bildung von Kimberlitrohren einhergehen, an die Oberfläche befördert.
In Meteoriten wurden in erheblichen Mengen kleine Diamanten gefunden. Sie sind sehr alten, vorsolaren Ursprungs. Sie bilden sich auch in riesigen Meteoritenkratern, in denen die umgeschmolzenen Gesteine erhebliche Mengen an feinkristallinem Diamant enthalten. Eine bekannte Lagerstätte dieser Art ist die Popigai astroblema im Norden Sibiriens.
Der Prozess der Diamantbildung aus Sicht der Hydrid-Erde-Theorie
Der aus dem Metallhydrid des Kerns freigesetzte Wasserstoff erreicht den oberen Mantel, wo er mit Eisen-Kohlenstoff-Verbindungen reagiert und diese in ihrer reinen Form verdrängt. Wenn die äußeren Bedingungen (Druck und Temperatur) übereinstimmen, verwandelt sich der Kohlenstoff in Diamant.
Ein anschauliches Experiment zum Züchten von Diamanten in einer Wasserstoffumgebung wurde bereits in den achtziger Jahren von unserem Landsmann V. N. Larin durchgeführt. Üblicherweise werden künstliche Diamanten aus Graphit bei einer Temperatur von 2000 bis 3000 ° C und einem Druck von 100 bis 200.000 Atmosphären hergestellt. Das ist sehr teuer. Vladimir Nikolaevich entwickelte den "Temperatur-Druck" -Modus. Ich legte ein Stück einer Gusseisenbatterie unter einer Presse in eine Wasserstoffatmosphäre, wo Wasserstoff bei einer Temperatur von 650 ° C freien Kohlenstoff aus dem Gusseisen verdrängte, der sich bei einem Druck von 18.000 Atmosphären in Diamanten verwandelte.
Die Ergebnisse spiegelten sich in dem Artikel "Diamonds from a Battery" von V. N. Larin [Spark N22 (4649) vom 02.07.2000]
In dem beschriebenen Prozess der Diamantbildung gibt es keine grundsätzlichen Meinungsverschiedenheiten mit der allgemein anerkannten wissenschaftlichen Theorie. Mit Ausnahme des Ursprungs von Wasserstoff selbst, der im klassischen Sinne als Zerfallsprodukt organischer Verbindungen gilt. Die meisten Geologen assoziieren die Bildung von Diamanten im Mantel, beispielsweise aufgrund des Zerfalls von Kohlenwasserstoffen: CH4 → C + 2H2. Wir verstehen jedoch, dass sich die Subduktionszonen, durch die organische Stoffe hypothetisch in den Mantel gelangen könnten, im „Pazifischen Feuerring“befinden Diamantvorkommen haben eine völlig andere Geographie!
Geologische und geochemische Daten ermöglichten es dem Akademiker der Russischen Akademie der Naturwissenschaften, Professor Alexander Portnov, eine Hypothese über die Entstehung diamanthaltiger Kimberlitrohre vorzuschlagen, wenn die Plattformen von riesigen Wasserstoff-Methan-Blasen "durchbohrt" werden, die mit der Entgasung der Erde verbunden sind. In diesem Fall erscheinen Diamantkristalle nicht im Mantel, sondern in Rohren mit einer Abnahme des Manteldrucks und einer teilweisen Oxidation von Methan. Im Gegensatz zu Diamanten geringer Qualität, die für technische Zwecke aus geschmolzenen Metallen gewonnen werden, zeichnen sich Diamanten aus Methan durch ihre Reinheit und Transparenz aus. Es besteht kein Zweifel, dass die Firma De Beers kein Geld gespart hat, um interessante Gasfusionsprojekte aufzukaufen, um sie für immer in ihren Safes zu verstecken.
Irdische Diamanten sind nicht Millionen Jahre alt
Die moderne Wissenschaft datiert Diamanten auf Millionen (einige Milliarden) Jahre. Aber viele von ihnen enthalten Isotope von Kohlenstoff 14 und im Kristall!
Wie Sie wissen, unterliegt das Radioisotop Kohlenstoff 14C einem β-Zerfall mit einer Halbwertszeit T1 / 2 = 5730 ± 40 Jahre, der Zerfallskonstante λ = 1,20910−4 Jahr - 1
Dies bedeutet, dass diese Methode keine Ereignisse datieren kann, die älter als zehn Halbwertszeiten sind. Sie stellt sich als ungefähr 57,5 Tausend Jahre heraus (die Autoren der Methode haben auch darüber geschrieben). Wenn wir also interne (ohne externe Verunreinigungen) Einschlüsse haben, die 14C enthalten, seien es Diamanten, Granite, Kohle oder versteinertes Holz, können wir sofort feststellen, dass diese Mineralien weniger als 60.000 Jahre alt sind (sonst wäre der gesamte Kohlenstoff 14 vollständig zerfallen)!
Natürliche schwarze Diamanten
Diese sehr seltenen Einkristalle haben dank der Einschlüsse von Graphit wirklich eine natürliche schwarze Farbe. Es gibt jedoch auch Kristalle mit einer dunklen, dichten grauen, braunen oder grünen Farbe, die im reflektierten Licht wie Schwarz aussehen. Sie sind undurchsichtig oder halbtransparent, meist mit verschiedenen Einschlüssen, die ihre Verarbeitung erschweren. Wenn der Diamant jedoch eine gleichmäßige Farbe und minimale innere Defekte aufweist, kann daraus ein schwarzer Diamant von ausgezeichneter Qualität erhalten werden.
Schwarze Carbonado-Diamanten
Carbonado ist eine polykristalline Formation, die aus vielen dicht verschweißten winzigen Diamanten auf einer silikatischen Basis besteht. Die Haftung von Kristallen ist inhomogen, daher hat Carbonado eine poröse Struktur. Es enthält Graphit- und Eisenverbindungen - Hämatit und Magnetit, die eine dunkle Farbe verursachen. Die große Anzahl von Einschlüssen macht den Carbonado undurchsichtig. Die gegenseitige Anordnung von Diamantkristallen reflektiert kein Licht, sondern absorbiert es, wodurch die Bildung der berühmten Diamantbrillanz oder des "Spiels" entzogen wird. Die Besonderheiten der polykristallinen Struktur bestimmen die außergewöhnliche Festigkeit von Carbonado im Gegensatz zu gewöhnlichen Diamanten, die ziemlich zerbrechlich sind.
Eine Gruppe amerikanischer Wissenschaftler vom Brookhaven National Laboratory unter der Leitung von Stephen Haggerty und Mark Chance glaubt, dass Carbonados bei einer Supernova-Explosion im Vakuum entstanden sind. Forscher haben einige seltene Verbindungen von Titan, Stickstoff und Wasserstoff in Proben von schwarzen Diamanten gefunden, die bisher nur in Meteoriten gefunden wurden. Stellen Sie sich vor: Diamantregen über Brasilien und der Zentralafrikanischen Republik, wo jetzt schwarze Diamanten gefunden werden.
Stellen Sie sich vor: eine Supernova-Explosion, kolossaler Druck und … Temperatur! Oh, es gibt eine Fehlanpassung, der Diamant schmilzt bei nur 4000 Grad Celsius. Dies bedeutet, dass sich die Carbonado-Bildungszone am Rande der Explosion des Sterns befand, aber was ist dann mit dem Druck im Vakuum?
Ist es nicht einfacher, den terrestrischen Ursprung von Carbonado anzunehmen? Ja, es ist leider nicht so bunt, ohne eine Supernova-Explosion und einen Diamant-Meteoritenschauer! In einem gewöhnlichen Erdvulkan, in dem immer Methan und Wasserstoff aus den Eingeweiden des Planeten strömen, bilden sich Gruppen kleiner Diamanten, die beim Kristallisieren zu einer Druse zusammenwachsen. Titan, Stickstoff und Wasserstoff sind in Vulkangesteinen keine Seltenheit!
Im Jahr 1993 wurde Carbonado in Avachiten am Osthang des Avachinsky-Vulkans in Kamtschatka gefunden. Ich halte solche Funde unter irdischen Bedingungen im Lichte von VN Larins Theorie der Hydrid-Erde für nicht zufällig.
Unternehmerische Amerikaner, die Carbonado analysiert hatten, bewerteten sofort die Aussichten, Superaliamanten in der Elektronikindustrie als Ersatz für Silizium zu verwenden.
Zur Herstellung von Superaliamanten wurde eine Technologie entwickelt: chemische Abscheidung (CVD) aus der Gasphase bei niedrigem Druck! Ein kleines Diamantkorn wird in eine Vakuumkammer bei einem Druck unter dem Atmosphärendruck gegeben, die Kammer wird erhitzt, dann wird Methan hineingepumpt und dann, wie könnte es ohne es sein, Wasserstoff. Dann werden Mikrowellen erzeugt, wodurch eine Wolke von Kohlenstoffatomen freigesetzt und auf dem Korn abgelagert wird. Auf diese Weise können Sie nicht nur die üblichen Kristalle züchten, sondern auch eine Diamantplatte mit einer Dicke von weniger als einem Millimeter! Diese Platten leiten Elektrizität, haben eine einzigartige Wärmeleitfähigkeit und halten hohen Temperaturen stand. Sie sind perfekte Mikroschaltungen mit einem hohen Integrationsgrad und widerstandsfähig gegen Überhitzung!
Das Anwendungsgebiet solcher Carbonade-Materialien ist breit: von nicht tragenden künstlichen Gelenken über Nanoresonatoren (die Basis aller akustischen Geräte) bis hin zu Superchips. Ich bin sicher, dass die zukünftige Computergeneration einen Diamantprozessor in ihren Herzen haben wird, keinen Siliziumprozessor, der mit Wasserstofftechnologie hergestellt wurde!
Die Priorität der Gewinnung von Diamanten aus der Gasphase und dem Plasma liegt beim Forscherteam des Instituts für Physikalische Chemie der Akademie der Wissenschaften der UdSSR (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Sie verwendeten eine Gasumgebung, die aus 95% Wasserstoff und 5% kohlenstoffhaltigem Gas (Propan, Acetylen) bestand, sowie Hochfrequenzplasma, das auf dem Substrat konzentriert war, wo der Diamant selbst gebildet wurde (CVD-Verfahren). Gastemperatur von + 700 … 850 ° C bei einem Druck, der dreißigmal niedriger als der atmosphärische ist.
Ich würde es sehr begrüßen, wenn diese bahnbrechende Technologie, die auf den Entdeckungen unserer Institute und Landsleute in den 60-90er Jahren des 20. Jahrhunderts basiert, bei der Umsetzung dieser Entwicklungen, die kolossale Dividenden versprechen, nicht hinter den Vereinigten Staaten zurückbleiben würde!
Verfasser: Igor Dabakhov