Как да получите диамант от графит

изкуствено производство диамант изисква редица трудни условия. Наскоро, с помощта на компютърни симулации, учените са в състояние да пресъздаде всеки детайл процес на трансформация на графит в диамант.

Надпис на изображението: С помощта на най-новите научни методи, учените за първи път точно възпроизведени в процеса на трансформация на графит в диамант.

Преходът се състои от няколко етапа, като се излиза от образуването на диамант "семена" в графита до пълно преобразуване в реално диамант под високо налягане.

Между тези два вида естествено образувани елементарен въглерод (тъмно сиво и блестящ диамант графит) е много по-голяма разлика от тази между всеки от тях и почти всеки друг материал.

Съществената разлика в силата на диаманта и графит се свързва главно с кристал тяхната структура - в случай на кубичната и шестоъгълен диамант с графит.

Тази разлика прави диаманта и издръжлива на всички известни материали, за разлика от сравнително мек графит. Това е благодарение на неговите високи якостни диаманти са в търсенето не само като скъпоценни камъни - те се използват в промишлеността за шлифоване и рязане на много твърди материали.

За първи път се получи диамант от графит изкуствено да управлява преди 60 години. Но за производство в промишлен мащаб, не е достигнат. Фактът, че необходимите условия за неговото производство са с високо налягане и високи температури, този процес е много дълъг и изисква големи енергийни суровини. Той се състои от насилствена промяна на въглероден структура, промяна на местоположението на неговите електрони.

четири облигации на въглеродни атоми трябва да се формира, вместо три, и състоянието на въглерод трябва да се промени от енергично "удобно" енергия нагоре "неудобно" плътно състояние. За да стане това, въглеродът трябва да преодолеят силна енергийна бариера.

Как точно тази трансформация се извършва и в кой момент въглерода става диамант - все още науката не може да даде ясен отговор на този въпрос.

Професор по компютърни науки в Висшето техническо училище в Цюрих и Университета на Лугано Микеле Паринело и неговия екип, като се използва метод компютърна симулация успешно пресъздава процеса на трансформация на графит в диамант във виртуалното пространство.

Опростяване така се дава фалшив

В миналото учените са се опитали да се симулира на преходната фаза, като се използва така наречения "метод на кола-Паринело." С този метод е възможно да се определи приблизително структурата и енергийно състояние на електрони във всяка позиция в йон и по този начин да се симулира ситуацията с разкъсване и последващо образуване на нови йонни връзки.

25-годишният метод е разработен в сътрудничество с Роберто Паринело Кар. "Въпреки това, създаването на точен модел на прехода от графит с диамант ще бъде твърде скъпо, като се има предвид необходимостта да се следи на огромен брой атоми", - казва Паринело.

Изследователите са се опитвали да се опрости този метод: те са значително намалява размера използва за моделиране на атоми. Но, според Паринело, с такова моделиране на цялата фаза на трансформация на графит е както следва, ако има един миг, сякаш беше на мястото си, а не на етапи.

Доста по-различна картина може да се получи с помощта на нова, наскоро разработи метод за моделиране. Използването суперкомпютър Швейцарската национална суперкомпютърен център, учените изчисляват на десетки хиляди атоми конфигурации с непрекъснато преминаване енергетично състояние.

Това означава, че конфигурацията на атомите имат широк спектър от възможни енергийни състояния. След учените им интерполирана енергийно състояние и използване на получените данни като основа за симулация, стана ясно, че първоначално се оформя диамант "семето", което е след това, под въздействието на високо налягане, постепенно се променя нейната шестоъгълна структура графит на кубичен.

Моделиране на фазовата трансформация използвайки най-новите техниката ни позволи да друго откритие на структурни дефекти в кристалната решетка на графит се намали броят на бариери, които трябва да бъдат преодолени за образуването на диамант "семена". Следователно, структурни дефекти могат да повишат скоростта на процеса на преобразуване.

Този метод може да се използва навсякъде, където е необходимо да се визуализира фазови преходи - подчертава Паринело.