Учени от Стандфордския университет са получили диаманти от нефт

Геолози от Стандфордския университет са получили диаманти от нефт. Звучи като алхимия, но при правилен баланс на съдържание на веществата, налягането и температурата може да се получи чист диамант без използването на катализатори, пише в статия, публикувана в списанието Science Advance.

Ново изследване, проведено от учени от Стандфордския университет и Националната ускорителна лаборатория SLAC показва, че при внимателна настройка на физическите параметри могат да се произвеждат диаманти от молекули на водород и въглерод, открити в суровия нефт и природния газ.

Учените синтезират диаманти от други вещества вече 60 години, но за да ги получат се изисква прекалено много енергия, време и катализатори, често метали, които има свойството да влошават качеството на крайния продукт.

„Ние искахме да създадем такава чиста система, в която само едно вещество да се превръща в чист диамант без използването на какъвто и да било катализатор“ – разказва водещия изследовател Сулджие Парк.

Подобно преобразуване може да се използва не само при изготвянето на изделия в бижутерията. Физическите свойства на диаманта – изключителна твърдост, оптична прозрачност, химическа стабилност, висока топлопроводимост – го правят ценен материал в медицината, промишлеността, технологията на квантовите изчисления и биологичното сондиране.

Природните диаманти кристализират от въглерод на дълбочина от стотици километри от повърхността на Земята, където температурата достига няколко хиляди градуса. Повечето от природните диаманти, открити досега, са се издигнали близко до земната повърхност благодарение на изригване на вулкани преди милиони години, носейки древните минерали от земните дълбини.

За да се синтезират диаманти, изследователският екип е започнал да експериментира с три вида прах, извлечен от повърхността на танкери, превозващи нефт.

„За експеримента е необходимо малко количество прах – казва Уенди Мао, друг участник в изследването – Ние използвахме игла за да вземем малко прах за микроскопско наблюдение при нашите експерименти“.

На пръв поглед леко лепкавите прахове, които са без мирис, напомнят на каменна сол. Но с помощта на микроскоп могат да се различат атоми, разположени по такава пространствена схема, каквато се наблюдава при кристалите на диаманта. Всъщност , това е все едно да се разреже сложна диамантена решетка на по-малки блокове, състоящи се от една, две или три клетки.

За разлика от диаманта, който представлява чист въглерод, праховете, известни като диамантоиди, съдържат и водород.

„Използвайки тези „строителни“ блокове – отбелязва Мао – вие можете бързо и лесно да приготвите диаманти, а също така да разберете за този процес много повече, отколкото ако просто имитирате висока температура и налягане, открити в тази част на Земята, където диамантите се образуват по естествен начин.“

За своя експеримент изследователите са поставили диамантоиди в барокамера с размер на слива, която се нарича клетка с диамантена наковалня, в която прахът се вкарва между два полирани диаманта. С помощта на ръчно винтово устройство се създавало налягане, аналогично на съществуващото в центъра на Земята.

След това учените нагрявали образците с помощта на лазер, изследвали резултатите с помощта на набор от тестове и използвали компютърни модели, за да си обяснят как протичат процесите. Те открили, че диамонтоид от три компонента, наречен триамантан, може да се реорганизира в диамант с помощта на изключително малко енергия.

При температура от 900 Келвина (около 627 °С) и налягане от 20 Гигапаскала, т.е стотици хиляди пъти превишаващо атмосферното налягане, атомите на въглерода на триамантана се изравнявали, а водорода се разсейвал или се разпадал. Преобразованието протичало за части от секундата.

Малкият размер на образеца вътре в клетката с диамантената наковалня, прави този способ непрактичен за промишлено синтезиране, но от друга страна дава ключови знания за синтеза на диамантите.