Fosil Yakıtlarda Bulunan Madde, Saf Elmas Haline Dönüşebilir

Simya gibi geliyor: bir yığın beyaz toz alın, elmas işlemeli bir basınç odasında sıkıştırın, ardından bir lazerle patlatın. Bölmeyi açın ve içinde saf elmas yeni bir mikroskobik leke bulun.

Stanford Üniversitesi ve Slac Ulusal hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan yapılan yeni bir çalışma, ısı ve basıncın dikkatli bir şekilde ayarlanmasıyla, bu tarifin ham petrol ve doğal gazda bulunan bir tür hidrojen ve karbon molekülünden elmas üretebileceğini ortaya koyuyor.

21 Şubat’ta Science Advances dergisinde yayınlanan yazıda bir yazar olan Stanford jeolog Rodney Ewing, “bu yazı hakkında heyecan verici olan şey, elmas oluşumu için tipik olarak gerekli olanın termodinamiğini aldatmanın bir yolunu göstermesidir” dedi.

Bilim adamları 60 yılı aşkın bir süredir elmasları diğer malzemelerden sentezlediler, ancak dönüşüm tipik olarak aşırı miktarda enerji, zaman veya bir katalizörün (genellikle bir metal) eklenmesini gerektiriyor ve bu da nihai ürünün kalitesini düşürüyor. Stanford’un Dünya, Enerji ve Çevre Bilimleri Okulu’nda doktora sonrası bir araştırma görevlisi olan çalışmanın başyazarı Sulgiye Park, “sadece tek bir maddenin katalizör olmadan saf elmasa dönüştüğü temiz bir sistem görmek istedik” dedi.

Bu dönüşümün mekanizmalarını anlamak, mücevherlerin ötesinde uygulamalar için önemli olacaktır. Elmasın fiziksel özellikleri-aşırı sertlik, optik şeffaflık, kimyasal stabilite, yüksek ısı iletkenliği; onu tıp, endüstri, kuantum hesaplama teknolojileri ve biyolojik algılama için değerli bir malzeme haline getirir.

Slac Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda ve Stanford Malzeme ve Enerji Bilimleri Enstitüsü’nde (SIMES) bir bilim adamı olan kıdemli yazar Yu Lin,” bu saf elması küçük miktarlarda bile yapabiliyorsanız, belirli uygulamalar için kontrollü yollarla doping yapabilirsiniz ” dedi.

Doğal bir tarif

Doğal elmaslar, sıcaklıkların binlerce derece Fahrenheit’e ulaştığı Dünya yüzeyinin yüzlerce mil altındaki karbondan kristalleşir. Bugüne kadar ortaya çıkarılan en doğal elmaslar, milyonlarca yıl önce volkanik patlamalarda yukarı doğru fırladı ve antik mineralleri Dünya’nın derin içinden onlarla birlikte taşıdı.

Sonuç olarak elmaslar, gezegenin iç kısmında bulunan koşullara ve malzemelere ilişkin fikir verebilir. Park’ın çalışmanın deneylerinin çoğunu gerçekleştirdiği laboratuvara liderlik eden Stanford mineral fizikçi Wendy Mao,” elmaslar dünyanın en derin bölgelerinden örnekleri geri getirmek için kullanılan gemilerdir ” dedi.

Elmasları sentezlemek için araştırma ekibi, petrol dolu tankerlerden rafine edilmiş üç tip tozla başladı. Mao, “bu küçük bir miktar ” dedi. “Deneylerimiz için bir mikroskop altında almak için biraz almak için bir iğne kullanıyoruz.”

İlk bakışta, kokusuz, hafif yapışkan tozlar kaya tuzuna benzemektedir. Ancak güçlü bir mikroskoptan bakan eğitimli bir göz, elmas kristali oluşturan atomlarla aynı uzamsal desende düzenlenmiş atomları ayırt edebilir. Elmasın karmaşık kafesi bir, iki veya üç kafesten oluşan daha küçük birimlere kesilmiş gibi.

Saf karbon olan elmasın aksine, diamondoidler olarak bilinen tozlar da hidrojen içerir. “Bu yapı taşlarından başlayarak,” dedi Mao, “elması daha hızlı ve kolay bir şekilde yapabilirsiniz ve aynı zamanda yüksek basınç ve yüksek sıcaklığı taklit ettiğinizden daha eksiksiz bir şekilde işlem hakkında bilgi edinebilirsiniz.”

Basınç altında diamondoidler

Araştırmacılar, diamondoid numunelerini, iki parlatılmış elmas arasındaki tozu presleyen bir elmas örs hücresi adı verilen erik büyüklüğünde bir basınç odasına yüklediler. Bir vidanın sadece basit bir elle dönüşü ile cihaz, dünyanın merkezinde bulabileceğiniz basınç türünü oluşturabilir.

Daha sonra, örnekleri bir lazerle ısıttılar, sonuçları bir test piliyle incelediler ve dönüşümün nasıl geliştiğini açıklamaya yardımcı olmak için bilgisayar modelleri çalıştırdılar. Lin, “cevaplamaya çalıştığımız temel soru, kafes yapısının veya sayısının diamondoidlerin elmasa nasıl dönüştüğünü etkileyip etkilemediğidir ” dedi. Triamantan adı verilen üç kafesli diamondoidin, şaşırtıcı derecede az enerji ile elmasa dönüşebileceğini buldular.

900 Kelvin’de (yaklaşık olarak 1160°F veya kırmızı-sıcak lav sıcaklığı) ve dünya atmosferinden yüzbinlerce kat daha büyük bir basınç olan 20 gigapaskalda, triamantanın karbon atomları hizaya girer ve hidrojen dağılır veya düşer.

Dönüşüm, bir saniyenin çok ince kısmında ortaya çıkar. Aynı zamanda atomlar doğrudan elmas yapma yolunda olur; grafit gibi başka bir karbon formundan geçmezler.

Mao, bir elmas örs hücresinin içindeki dakika numune boyutunun, Stanford ekibinin laboratuvarda ürettiği elmasın lekelerinden çok daha fazla sentezlenmesi için bu yaklaşımı pratik hale getirmediğini söyledi. “Ama şimdi saf elmas yapmanın anahtarları hakkında biraz daha fazla şey biliyoruz.”

Kaynak: phys.org