Suena a alquimia: tome un grupo de polvo blanco, exprímalo en una cámara de presión con tachuelas de diamantes, luego pásele un láser. Abra la cámara y encuentre una nueva mota microscópica de diamante puro en el interior.
Un nuevo estudio de la Universidad de Stanford y el Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC revela cómo, con un ajuste cuidadoso de calor y presión, esa receta puede producir diamantes a partir de un tipo de molécula de hidrógeno y carbono que se encuentra en el petróleo crudo y el gas natural.
"Lo interesante de este documento es que muestra una forma de engañar a la termodinámica de lo que normalmente se requiere para la formación de diamantes", dijo el geólogo de Stanford Rodney Ewing, coautor del artículo, publicado el 21 de febrero en la revista Avances científicos .
Los científicos han sintetizado diamantes de otros materiales durante más de 60 años, pero la transformación generalmente requiere cantidades excesivas de energía, tiempo o la adición de un catalizador, a menudo un metal, que tiende a disminuir la calidad del producto final."Queríamos ver solo un sistema limpio, en el que una sola sustancia se transforme en diamante puro, sin un catalizador", dijo el autor principal del estudio, Sulgiye Park, investigador postdoctoral en la Facultad de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford Stanford Earth.
La comprensión de los mecanismos para esta transformación será importante para aplicaciones más allá de la joyería. Las propiedades físicas del diamante: dureza extrema, transparencia óptica, estabilidad química, alta conductividad térmica, lo convierten en un material valioso para la medicina, la industria, las tecnologías de computación cuántica y biológicas.detección
"Si puede producir incluso pequeñas cantidades de este diamante puro, puede doparlo de manera controlada para aplicaciones específicas", dijo el autor principal del estudio, Yu Lin, científico del Instituto de Ciencias de Materiales y Energía de Stanford SIMESen el Laboratorio Acelerador Nacional SLAC.
Una receta natural
Los diamantes naturales se cristalizan a partir de carbono a cientos de millas debajo de la superficie de la Tierra, donde las temperaturas alcanzan miles de grados Fahrenheit. La mayoría de los diamantes naturales desenterrados hasta la fecha se dispararon hacia arriba en erupciones volcánicas hace millones de años, llevando consigo minerales antiguos del interior profundo de la Tierra.
Como resultado, los diamantes pueden proporcionar información sobre las condiciones y los materiales que existen en el interior del planeta. "Los diamantes son recipientes para traer muestras de las partes más profundas de la Tierra", dijo la física de minerales de Stanford Wendy Mao, quien dirige el laboratorio.donde Park realizó la mayoría de los experimentos del estudio.
Para sintetizar diamantes, el equipo de investigación comenzó con tres tipos de polvo refinado de tanques llenos de petróleo. "Es una cantidad muy pequeña", dijo Mao. "Utilizamos una aguja para recoger un poco para obtenerla bajo un microscopio paranuestros experimentos "
De un vistazo, los polvos inodoros y ligeramente pegajosos se asemejan a la sal de roca. Pero un ojo entrenado que mira a través de un potente microscopio puede distinguir los átomos dispuestos en el mismo patrón espacial que los átomos que forman el cristal de diamante. Es como si la intrincada red deel diamante había sido cortado en unidades más pequeñas compuestas de una, dos o tres jaulas.
A diferencia del diamante, que es carbono puro, los polvos, conocidos como diamondoides, también contienen hidrógeno ". Comenzando con estos bloques de construcción", dijo Mao, "puede hacer diamantes más rápida y fácilmente, y también puede aprender sobreel proceso de una manera más completa y reflexiva que si simplemente imitas la alta presión y la alta temperatura que se encuentran en la parte de la Tierra donde el diamante se forma naturalmente ".
Diamondoides bajo presión
Los investigadores cargaron las muestras de diamondoides en una cámara de presión del tamaño de una ciruela llamada celda de yunque de diamante, que presiona el polvo entre dos diamantes pulidos. Con solo un simple giro manual de un tornillo, el dispositivo puede crear el tipo de presión que podríaencontrar en el centro de la Tierra.
Luego, calentaron las muestras con un láser, examinaron los resultados con una batería de pruebas y ejecutaron modelos de computadora para ayudar a explicar cómo se había desarrollado la transformación ". Una pregunta fundamental que tratamos de responder es si la estructura o el número de jaulasafecta la forma en que los diamondoides se transforman en diamantes ", dijo Lin. Descubrieron que el diamondoide de tres jaulas, llamado triamantano, puede reorganizarse en diamante con sorprendentemente poca energía.
A 900 Kelvin, que es aproximadamente 1160 grados Fahrenheit, o la temperatura de la lava al rojo vivo y 20 gigapascales, una presión cientos de miles de veces mayor que la atmósfera de la Tierra, los átomos de carbono del triamantano se alinean y su hidrógeno se dispersa.o se cae
La transformación se desarrolla en las fracciones más delgadas de un segundo. También es directa: los átomos no pasan a través de otra forma de carbono, como el grafito, en su camino hacia la fabricación de diamantes.
El tamaño de muestra minuto dentro de una celda de yunque de diamante hace que este enfoque sea poco práctico para sintetizar mucho más que las motas de diamante que el equipo de Stanford produjo en el laboratorio, dijo Mao. "Pero ahora sabemos un poco más sobre las claves para hacerdiamantes puros ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de Stanford . Original escrito por Josie Garthwaite. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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