Almaz (du grec ancien ἀδάμας - "indestructible") est le minéral le plus dur, le plus résistant à la corrosion, le plus conducteur de chaleur, mais ce n'est pas le but, ni même ses merveilleuses propriétés de joaillerie. Tournons-nous vers Almaz comme … le semi-conducteur le plus précieux du futur, alors nous examinerons les possibilités de l'obtenir à partir d'un radiateur en fonte, et enfin, nous comprendrons que ce précieux minéral n'a pas des millions d'années! Et comme mes lecteurs le supposent, l'hydrogène est également indispensable ici!
Super diamants - semi-conducteurs
Le diamant est une forme allotropique minérale et cubique de carbone. Dans des conditions normales, il est métastable, c'est-à-dire qu'il peut exister indéfiniment. Sous vide ou dans un gaz inerte à des températures élevées (2000 ° C), il se transforme progressivement en graphite, dans l'air, le diamant brûle à 850-1000 ° C. Le minéral incompressible le plus dur, la conductivité thermique la plus élevée 900-2300 W / (mK), un indice de réfraction et une dispersion élevés.
En raison du film de gaz mince résultant, le diamant a un très faible coefficient de frottement contre le métal dans l'air. Transmet une large gamme d'ondes électromagnétiques, commence à briller sous l'influence des rayons X et du rayonnement cathodique. La luminescence aux rayons X est largement utilisée dans la pratique pour extraire les diamants des roches. Une transparence élevée et un indice de réfraction élevé font que les rayons lumineux sont réfléchis plusieurs fois à l'intérieur du cristal, créant un «jeu de lumière» unique, qui fait d'un diamant une pierre précieuse.
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Chaque atome de carbone de la structure d'un diamant est situé au centre d'un tétraèdre dont les sommets sont les quatre voisins les plus proches, ce qui explique la dureté la plus élevée du diamant.
En raison de sa structure tétravalente, les diamants peuvent être utilisés comme substituts aux cristaux de germanium et de silicium dans les semi-conducteurs. Si un transistor au germanium peut être utilisé à des températures allant jusqu'à 75 ° C, un transistor au silicium jusqu'à 125 ° C, alors les transistors en diamant peuvent être utilisés à des températures allant jusqu'à 500 ° C! Les diamants bleus sont indispensables pour mesurer les moindres changements de température avec une sensibilité de 0,002 ° C, et avec une résistance élevée aux acides et à la chaleur, ils n'ont pas de concurrents dans ce domaine!
L'origine des diamants
Les diamants cristallisent dans le manteau à une profondeur de 200 km ou plus à une pression de 4 GPa et à une température de 1000 à 1300 ° C et sont transportés à la surface à la suite de processus explosifs accompagnant la formation de tuyaux de kimberlite.
De petits diamants ont été trouvés dans des météorites en quantités importantes. Ils sont d'origine pré-solaire très ancienne. Ils se forment également dans des cratères géants de météorites, où les roches refondues contiennent des quantités importantes de diamant cristallin fin. Un gisement bien connu de ce type est l'astroblème de Popigai dans le nord de la Sibérie.
Le processus de formation du diamant du point de vue de la théorie hydrure de la Terre
L'hydrogène libéré de l'hydrure métallique du noyau atteint le manteau supérieur, où il réagit avec les composés fer-carbone, déplaçant ce dernier sous sa forme pure. Si les conditions extérieures (pression et température) correspondent, alors le carbone se transforme en diamant.
Une expérience illustrative sur la culture de diamants dans un environnement d'hydrogène a été mise en scène par notre compatriote V. N. Larin dans les années quatre-vingt. Les diamants artificiels sont généralement produits à partir de graphite à une température de 2000 à 3000 ° C et à une pression de 100 à 200 000 atmosphères. C'est très cher. Vladimir Nikolaevich a développé le mode "température-pression". J'ai mis un morceau de batterie en fonte dans une atmosphère d'hydrogène sous une presse, où, à une température de 650 ° C, l'hydrogène a déplacé le carbone libre de la fonte, qui s'est transformée en diamants à une pression de 18 000 atmosphères.
Les résultats ont été reflétés dans l'article "Diamonds from a Battery" de V. N. Larin [Spark N22 (4649) du 02.07.2000]
Dans le processus décrit de formation du diamant, il n'y a pas de désaccord fondamental avec la théorie scientifique généralement acceptée. À l'exception de l'origine de l'hydrogène lui-même, qui au sens classique est considéré comme un produit de désintégration de composés organiques. La plupart des géologues associent la formation de diamants dans le manteau due, par exemple, à la désintégration des hydrocarbures: CH4 → C + 2H2, mais on comprend que les zones de subduction à travers lesquelles les matières organiques pourraient hypothétiquement entrer dans le manteau sont situées dans le «Cercle de feu du Pacifique», et les gisements de diamants ont une géographie complètement différente!
Des données géologiques et géochimiques ont permis à l'académicien de l'Académie russe des sciences naturelles, le professeur Alexander Portnov, de proposer une hypothèse sur l'origine des tuyaux de kimberlite diamantifère lorsque les plates-formes sont "percées" par des "bulles" géantes d'hydrogène-méthane associées au dégazage de la Terre. Dans ce cas, les cristaux de diamant n'apparaissent pas dans le manteau, mais dans les tuyaux, avec une diminution de la pression du manteau et une oxydation partielle du méthane. Contrairement aux diamants de mauvaise qualité obtenus à des fins techniques à partir de métaux fondus, les diamants de méthane se distinguent par leur pureté et leur transparence. Il ne fait aucun doute que la société De Beers n'a épargné aucun argent pour acheter des projets de fusion de gaz intéressants afin de les cacher à jamais dans leurs coffres-forts.
Les diamants terrestres n'ont pas des millions d'années
La science moderne date les diamants de millions (quelques milliards) d'années. Mais beaucoup d'entre eux contiennent des isotopes du carbone 14, et à l'intérieur du cristal!
Comme vous le savez, le radioisotope carbone 14C est sujet à la désintégration β avec une demi-vie T1 / 2 = 5730 ± 40 ans, la constante de désintégration λ = 1,20910−4 an - 1
Cela signifie que cette méthode ne peut pas dater des événements de plus de dix demi-vies, il s'avère environ 57 500 ans (les auteurs de la méthode ont également écrit à ce sujet). Par conséquent, si nous avons des inclusions internes (sans impuretés externes) contenant du 14C, que ce soit des diamants, des granites, du charbon ou du bois pétrifié, nous pouvons immédiatement affirmer que ces minéraux ont moins de 60000 ans (sinon tout le carbone 14 se serait complètement décomposé)!
Diamants noirs naturels
Ces monocristaux très rares ont vraiment une couleur noire naturelle grâce aux inclusions de graphite. Cependant, il existe également des cristaux de couleur grise, brune ou verte sombre et dense qui, dans la lumière réfléchie, ressembleront à du noir. Ils sont opaques ou semi-transparents, le plus souvent avec diverses inclusions qui compliquent leur traitement. Mais si le diamant a une couleur uniforme et des défauts internes minimes, alors un diamant noir d'excellente qualité peut en être obtenu.
Diamants carbonado noirs
Carbonado est une formation polycristalline formée par de nombreux petits diamants étroitement soudés dans une base siliceuse. L'adhérence des cristaux n'est pas homogène, donc le carbonado a une structure poreuse. Il contient du graphite et des composés de fer - hématite et magnétite, qui provoquent une couleur sombre. Le grand nombre d'inclusions rend le carbonado opaque. L'arrangement mutuel des cristaux de diamant ne réfléchit pas la lumière, mais l'absorbe plutôt, privant la formation du fameux brillant diamant ou «jeu». Les particularités de la structure polycristalline déterminent l'extraordinaire résistance du carbonado, contrairement aux diamants ordinaires, qui sont assez fragiles.
Un groupe de scientifiques américains du Brookhaven National Laboratory, dirigé par Stephen Haggerty et Mark Chance, pense que des carbonades se sont formées lorsqu'une supernova a explosé dans le vide. Les chercheurs ont trouvé des composés rares de titane, d'azote et d'hydrogène dans des échantillons de diamant noir, qui jusqu'à présent n'ont été trouvés que dans les météorites. Imaginez: des pluies de diamants sur le Brésil et la République centrafricaine, où se trouvent désormais des diamants noirs.
Imaginez: une explosion de supernova, une pression colossale et … de la température! Oh, il y a un décalage, le diamant fond à seulement 4000 degrés Celsius. Cela signifie que la zone de formation du carbonado était à la périphérie de l'explosion de l'étoile, mais qu'en est-il de la pression dans le vide?
N'est-il pas plus facile d'assumer l'origine terrestre du carbonado? Oui, ce n'est pas si coloré, hélas, sans une explosion de supernova et une pluie de météores de diamant! Dans un volcan terrestre ordinaire, où il y a toujours des flux de méthane et d'hydrogène émanant des intestins de la planète, des groupes de petits diamants se forment, qui, en cours de cristallisation, se développent ensemble en une druse. Le titane, l'azote et l'hydrogène ne sont pas rares dans les roches volcaniques!
En 1993, du carbonado a été trouvé dans des avachites, sur le versant oriental du volcan Avachinsky au Kamtchatka. Je considère que de telles découvertes ne sont pas accidentelles dans des conditions terrestres, à la lumière de la théorie de l'hydrure terrestre de VN Larin.
Les Américains entreprenants, après avoir analysé le carbonado, ont immédiatement évalué les perspectives d'utilisation des superaliamants dans l'industrie électronique en remplacement du silicium.
Une technologie a été développée pour produire des superaliamants: le dépôt chimique (CVD) à partir de la phase gazeuse à basse pression! Un petit grain de diamant est placé dans une chambre à vide à une pression inférieure à la pression atmosphérique, la chambre est chauffée, puis du méthane y est pompé, puis, eh bien, comment pourrait-il être sans lui, de l'hydrogène. Des micro-ondes sont alors créées, provoquant la libération et le dépôt d'un nuage d'atomes de carbone sur le grain. De cette façon, vous pouvez faire pousser non seulement les cristaux habituels, mais aussi une plaque de diamant de moins d'un millimètre d'épaisseur! Ces plaques conduisent l'électricité, ont une conductivité thermique unique et résistent à des températures élevées. Ils font des microcircuits parfaits avec un haut degré d'intégration et résistant à la surchauffe!
Le domaine d'application de ces matériaux de carbonade est large: des joints artificiels non usants aux nanorésonateurs (la base de tout équipement acoustique) et aux superchips. Je suis sûr que la future génération d'ordinateurs aura dans le cœur un processeur diamant, pas un processeur en silicium, fabriqué à partir de la technologie de l'hydrogène!
La priorité d'obtenir des diamants à partir de la phase gazeuse et du plasma appartient à une équipe de chercheurs de l'Institut de chimie physique de l'Académie des sciences de l'URSS (Deryagin B. V., Fedoseev D. V., Spitsyn B. V.). Ils ont utilisé un environnement gazeux composé à 95% d'hydrogène et 5% de gaz carboné (propane, acétylène), ainsi que du plasma haute fréquence concentré sur le substrat, où se forme le diamant lui-même (procédé CVD). Température du gaz de + 700 … 850 ° C à une pression trente fois inférieure à la pression atmosphérique.
J'aimerais beaucoup que dans cette technologie de rupture, qui repose sur les découvertes de nos instituts et compatriotes des années 60-90 du XXe siècle, nous ne serions pas en retard sur les États-Unis avec la mise en œuvre de ces développements, qui promettent des dividendes colossaux!
Auteur: Igor Dabakhov