Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!



Алма́з (от др.-греч. ἀδάμας — «несокрушимый») - самый твёрдый, самый коррозиеустойчивый, наиболее теплопроводный минерал, но не об этом пойдёт речь, и даже не о его замечательных ювелирных свойствах. Обратимся к Алмазу как ... к ценнейшему полупроводнику будущего, далее рассмотрим возможности его получения из чугунной батареи отопления, и наконец, поймём, что этому ценному минералу никак не миллионы лет! И как догадываются мои читатели, без водорода здесь тоже не обойтись!

"Проще всех алмаз устроен - это чистый углерод,
Но плотнее всех в кристалле в кубик атомы вожмет.
Плотность атомов кристаллу чудо свойства придает,
АДАМАС и тверд предельно и сильней любых кислот"

(Парасолов Ю.А.)

Супералмазы - полупроводники

Алмаз - минерал, кубическая аллотропная форма углерода. При нормальных условиях метастабилен, то есть может существовать неограниченно долго. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах (2000 °C) постепенно переходит в графит, в воздухе алмаз сгорает при 850—1000 °C. Самый твёрдый несжимаемый минерал, наиболее высокая теплопроводность 900—2300 Вт/(м·К), большой показатель преломления и дисперсия.

Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!Благодаря возникающей тонкой газовой пленке, у алмаза очень низкий коэффициент трения по металлу на воздухе. Пропускает широкий диапазон электромагнитных волн, под действием рентгеновского и катодного излучения начинает светиться. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из породы. Высокая прозрачность и большой показатель преломления заставляют лучи света многократно отражаться внутри кристалла, создавая неповторимую «игру света», что делает алмаз ценнейшим драгоценным камнем.

Алмаз карбонадоКаждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших соседа, это объясняет высочайшую твёрдость алмаза.

Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!Благодаря четырёхвалентной структуре алмазы могут применяться в качестве заменителей кристаллов германия и кремния в полупроводниках. Если германиевый транзистор может быть использован при температурах до 75° С, кремниевый – до 125 °С, то алмазные транзисторы мо­гут применяться при температурах до 500 °С! Голубые алмазы незаменимы для измерения малейших изменений температуры с чувствительностью 0,002°С, а наряду с высокой кислотоупорностью и термостойкостью, конкурентов в этой области у них нет!

Происхождение алмазов

Алмазы кристаллизуется в мантии на глубине 200 км и более при давлении 4 ГПа и температуре 1000-1300° С и выносятся на поверхность в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок.

В метеоритах в значительных количествах обнаружены мелкие алмазы. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.

Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!

 

Процесс образования алмазов с точки зрения теории гидридной Земли

Водород, выделившийся из гидрида металлов ядра, достигает верхней мантии, где вступает в реакцию с соединениями железа с углеродом, вытесняя последний в чистом виде. Если при этом внешние условия (давление и температура) соответствуют, то углерод превращается в алмаз.

Наглядный эксперимент по выращиванию алмазов в водородной среде поставил наш соотечественник В.Н.Ларин ещё в восьмидесятые годы. Обычно искусственные алмазы производят из графита при температуре 2000-3000°С и давлении 100-200 тыс. атмосфер. Это очень дорого. Владимир Николаевич разработал режим «температура-давление». Поместил кусок чугунной батареи в водородную атмосферу под пресс, где при температуре 650°С водород вытеснил из чугуна свободный углерод, который при давлении 18 тыс. атмосфер превратился в алмазы.

Результаты были отражены в статье «Алмазы из батареи» В.Н. Ларин [Огонёк N22 (4649) от 02.07.2000]

В описанном процессе образования алмазов нет принципиальных расхождений с общепринятой научной теорией. За исключением происхождения самого водорода, который в классическом понимании считается продуктом распада органических соединений. Большинство геологов связывают образование алмазов в мантии за счет, например, распада углеводородов: CH4 → C + 2Н2, но мы-то понимаем, что зоны субдукции, через которые органика могла бы гипотетически попасть в мантию, находятся в «тихоокеанском огненном кольце», а месторождения алмазов имеют совсем другую географию!

Геолого-геохимические данные позволили академику РАЕН профессору Александру Портнову предложить гипотезу о происхождении алмазоносных кимберлитовых трубок при «прокалывании» платформ гигантскими водородно-метановыми «пузырями», связанными с дегазацией Земли. При этом кристаллы алмаза возникают не в мантии, а в трубках, при понижении мантийного давления и частичном окислении метана. В отличие от низкокачественных алмазов, получаемых для технических целей из расплава металлов, алмазы из метана отличаются чистотой и прозрачностью. Нет сомнения, что компания «Де Бирс» не жалела денег для скупки интересных проектов по газовому синтезу, с тем чтобы навсегда запрятать их в своих сейфах.

Земным алмазам не миллионы лет!

Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!Современная наука датирует алмазы миллионами (некоторые и миллиардами) лет. Но во многих из них присутствуют изотопы углерода 14, причем внутри кристалла!

Как известно, радиоизотоп углерода 14C подвержен β−распаду с периодом полураспада T1/2 = 5730 ± 40 лет, постоянная распада λ = 1,209·10−4 год−1

Значит, этим методом нельзя датировать события старше десяти периодов полураспада, получается около 57,5 тысяч лет (об этом писали и авторы метода). Следовательно, если мы имеем любые внутренние (без внешних примесей) включения, содержащие 14C, будь то алмазы, граниты, уголь или окаменевшую древесину, можем сразу констатировать, что эти минералы младше 60 тыс. лет (иначе весь углерод 14 распался бы полностью)!

Природные черные алмазы

Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!Эти очень редкие камни монокристаллы действительно обладают натуральным черным цветом благодаря включениям графита. Однако встречаются и кристаллы с темным густым серым, коричневым или зеленым цветом, который в отраженном свете будет смотреться как черный. Они непрозрачны или полупрозрачны, в основном с различными включениями, которые осложняют их обработку. Но если алмаз обладает ровным цветом и минимальными внутренними дефектами, то из него можно получить черный бриллиант отличного качества.

Чёрные алмазы карбонадо

Карбонадо представляет собой поликристаллическое образование, сформированное множеством плотно спаянных мельчайших алмазов в кремнистой основе. Спайка кристаллов неоднородна, поэтому карбонадо имеет пористую структуру. В его состав входит графит и соединения железа – гематит и магнетит, обуславливающие темный цвет. Большое количество включений делает карбонадо непрозрачным. Взаимное расположение кристалликов алмазов не отражает свет, а как бы поглощает его, лишая образование знаменитого алмазного блеска или «игры». Особенности поликристаллической структуры обуславливают чрезвычайную крепость карбонадо, в отличие от обычных алмазов, которые достаточно хрупкие.

Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!Группа американских ученых из Национальной лаборатории в Брукхэвене во главе со Стивеном Хаггерти (Stephen Haggerty) и Марком Ченсом (Mark Chance) считает, что образовались карбонадо при взрыве сверхновой звезды в вакууме. Исследователи обнаружили в образцах черных алмазов некоторые редкие соединения титана, азота и водорода, которые до сих пор встречались только в составе метеоритов. Только представьте: алмазный дождь над Бразилией и Центрально африканской республикой, где сейчас и находят чёрные алмазы.

Вообразим: взрыв сверхновой, колоссальное давление и ... температура! Ой, нестыковка, алмаз ведь плавится всего при 4000 градусах Цельсия. Значит, зона образования карбонадо находилась на периферии взрыва звезды, но тогда как быть с давлением в вакууме?

Не проще ли предположить земное происхождение карбонадо? Да, это не так красочно, увы, без взрыва сверхновой и алмазно-метеоритного дождя! В обычном земном вулкане, где всегда присутствуют потоки метана и водорода, исходящие из недр планеты, образуются группы мелких алмазов, которые в процессе кристаллизации срастаются между собой в друзу. Титан, азот и водород - в вулканических породах не редкость!

В 1993 году карбонадо обнаружен в авачитах, на восточном склоне вулкана Авачинского на Камчатке. Считаю такие находки не случайными в земных условиях, в свете «Теории гидридной Земли В.Н.Ларина».

Предприимчивые американцы, проанализировав карбонадо, тут же оценили перспективы применения супералмазов в электронной промышленности в качестве замены кремния.

Алмаз карбонадо — ценнейший полупроводник будущего!Была разработана технология получения супералмазов: химическим осаждением (ХО) из газовой фазы при низком давлении! Маленькое алмазное зерно помещают в вакуумную камеру при давлении ниже атмосферного, камеру нагревают, затем в неё закачивают метан, а потом, ну, как же без него, водород. После этого создаются микроволны, заставляющие высвобождаться облако атомов углерода, которые оседают на зерне. Таким способом можно вырастить не только привычные кристаллы, но и алмазную пластину толщиной менее миллиметра! Такие пластины проводят электричество, обладают уникальной теплопроводностью и выдерживают высокую температуру. Из них получаются идеальные микросхемы с высокой степенью интеграции и устойчивые к перегреву!

Область применения таких карбонадовых материалов широчайшая: от не изнашиваемых искусственных суставов до нанорезонаторов (основа всей акустической аппаратуры) и супермикросхем. Уверен, что будущее поколение компьютеров будет иметь в своём сердце процессор на алмазной, а не силиконовой основе, изготовленный по водородной технологии!

Приоритет получения алмазов из газовой фазы и плазмы принадлежит коллективу научных сотрудников Института физической химии АН СССР (Дерягин Б. В., Федосеев Д. В., Спицын Б. В.). Они использовали газовую среду, состоящую из 95 % водорода и 5 % углеродсодержащего газа (пропана, ацетилена), а также высокочастотную плазму, сконцентрированную на подложке, где образуется сам алмаз (CVD-процесс). Температура газа от +700...850 °C при давлении в тридцать раз меньше атмосферного.

Очень бы хотелось, чтоб в этой прорывной технологии, в основе которой лежат открытия наших институтов и соотечественников 60-90гг XX века, мы не отстали бы от США с внедрением в жизнь этих разработок, которые сулят колоссальные дивиденды!

Автор: Игорь Дабахов

Источник: www.tart-aria.info






войдите VkontakteYandex
символов осталось..


Комментарии 0

    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.