De Beers til at sælge syntetiske diamanter - her er, hvordan de er lavet

Verdens største diamantfirma, De Beers, meddelte for nylig, at det ville begynde at sælge syntetiske diamant ædelstene for første gang i sin 130-årige historie. Kunstige diamanter er blevet fremstillet siden 1950'erne, men De Beers har længe modstået at flytte ind på det syntetiske marked. Virksomheden mener nu, at teknologien er effektiv nok til at producere store mængder syntetiske diamanter med kvaliteten af ​​de bedste ædelstene. Hvordan fungerer denne proces nøjagtigt?

Diamant er højt værdsat som en gennemsigtig ædelsten, der gnistrer som ingen anden. Det er også et af de hårdeste af alle materialer og føles koldt ved berøring. Alle disse bemærkelsesværdige egenskaber afhænger af det helt regelmæssige arrangement af atomer inde i diamantkrystallen, og alle disse atomer er nøjagtig de samme - de er kulstof.

Små ufuldkommenheder i dette arrangement, om et atom er på det forkerte sted, mangler eller et andet element, kan føre til store ændringer i diamantens farve. For eksempel, udskiftning af et carbonatom i hver 10, 000 med et nitrogenatom ville gøre en gennemsigtig ædelsten brun.

At få kulstofatomer til at arrangere i denne perfekte krystal er ikke let, og det kan ikke ske naturligt på Jordens overflade, da kulstof her foretrækker at danne krystaller af grafit, den bløde sorte, materiale, vi bruger i blyantskabeloner. I dette miljø, kulstofatomer har også en tendens til lettere at fæstne sig til andre atomer såsom ilt og hydrogen end til hinanden. Det betyder, at selv at lave rene grafitkrystaller er svært.

Naturlige diamanter laves dybt inde i Jorden, hvor, meget sjældent, de rigtige ingredienser ved den rigtige temperatur og tryk bringes sammen og transporteres derefter til overfladen i løbet af millioner af år. De første kunstige diamanter blev fremstillet i laboratoriet ved at replikere disse forhold i enorme maskiner, og det er stadig den måde, små diamanter til industrielle skæreværktøjer fremstilles på i dag.

Det er også muligt at fremstille kunstige diamantkrystaller i høj kvalitet ved at dyrke lag af carbonatomer en ad gangen ved hjælp af metan. Dette gøres ved at fjerne hydrogen fra methanmolekyler i super-rene kar ved hjælp af varme plasmaer. Alt kulstof tvinges derefter til at vokse til diamantkrystaller, snarere end til en af ​​de mange andre typer kul, såsom grafit, grafen eller buckminster fulleren (medmindre du naturligvis ønsker at dyrke kombinationer af disse meget forskellige materialer).

Udfordringen er at gennemføre denne proces, kendt som kemisk dampaflejring (CVD) omkostningseffektiv. De Beers mener nu, at det er nået til dette punkt og planlægger at forlænge produktionen på sit anlæg i Ascot i Storbritannien og på en ny diamantfabrik i USA.

Kontrol af renheden af ​​disse krystaller åbner også nye muligheder for at bruge diamant. For eksempel, det er muligt at bruge hver atomurenhed som en lille fakkel, der producerer en enkelt lyspartikel fri for interferens fra dets nærliggende atomer i krystallen. Dette kan bruges til at gemme en enkelt bit information til en særlig "kvante" computer. Urenheder af bor, samt at producere værdsatte dybblå eller sorte diamanter, bruges til at lave diamanter, der leder elektricitet, tilvejebringelse af et alternativt materiale til silicium eller metaller under ekstreme forhold såsom i rummet.

Hver naturlig diamant bærer spor om sin unikke historie, og det er muligt at afsløre dens oprindelse ved at inspicere den med de nyeste instrumenter. Kunstige diamanter bærer også disse oplysninger, og forskelle i den måde, de lyser i ultraviolet lys, bruges regelmæssigt til at skelne naturlige fra syntetiske ædelstene. Så selvom diamantens perfektion ikke kan stilles spørgsmålstegn ved det menneskelige øje, deres små ufuldkommenheder er altid der for at afsløre deres skjulte historier og deres individualitet.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.