СИНТЕЗ АЛМАЗОВ и «мемориальные» бриллианты, или чего боится De Beers

Алмаз, «как много в этом звуке для сердца женского слилось…» Большинство из нас сразу представляют драгоценный бриллиант, сияющий гранями, бликами. В древности происхождение этого минерала считалось божественным, сегодня среди ученых на этот счет бытуют даже космические теории. Что, между тем, не мешает изобретать все новые и новые методы синтеза алмазов, практически идентичных природным.

Неистребимое стремление человечества к обретению этих минералов любой ценой обусловлено тем, что этот кристаллический углерод с особым строением обладает целым рядом уникальных качеств:

- Во-первых, свойство алмаза, «сделавшее имидж» минералу с древнейших времен – максимальная твердость, 10 из 10 по шкале Мооса. Никакая сталь, никакой материал в мире с ним не сравнится. И еще: благородный камень, как и золото, не растворяется в кислоте.
- Во-вторых, уникальные свойства алмаза, особо актуальные сегодня: это диэлектрик с самой высокой теплопроводностью, который плавится при 800-10000С в кислороде и при 40000С без доступа кислорода.
- А еще алмаз способен люминесцировать, т.е. светиться.

Строение минерала – кристаллическая решетка из атомов, соединенных ковалентными сигма-связями – давно не секрет, но как, в каких условиях формируется эта структура?! Технология создания алмаза всегда была интересна из-за его востребованности в ювелирной промышленности, но сегодня все гораздо серьезнее: этот уникальный материал сулит особые перспективы для специальной электроники. Ведь полупроводники, созданные на алмазе, в отличие от кремниевых, могут работать при температурах свыше 1000 0 С. Так что вовсе не ювелиры, а серьезные инновационные отрасли сегодня потребляют наибольший объем алмазов и стимулируют развитие технологий искусственного синтеза этого минерала. Ученые шутят: «если этот алмаз ни на что не годен – пустим на бриллианты».

Классическая теория связывает образование природных алмазов с процессами в верхней части мантии на глубине около 150 км, которые характеризуются высоким давлением и температурой. Попытки воссоздать эти условия для получения драгоценного минерала начались в XVIII веке, но только в 50-ых годах ХХ века они увенчались успехом в США, ЮАР и России. Сегодня есть несколько технологий синтеза искусственных алмазов:

• Методика получения HPHT-алмазов заключается в поддержании температуры 14000 С и давления в 55000 атм. «Затравочные» кристаллы алмаза 0,5 мм в диаметре кладут на пласт графита, сверху – сплав металла-катализатора, а потом еще прессованный графит. Под воздействием температур и давления ковалентные пи-связи графита преобразуются в сигма-связи алмаза. Синтез идет от 4 до 10 дней, в зависимости от размеров будущего камня. Кстати, по этой технологии в 2015 году за 300 часов компанией «New Diamond Technology» (Санкт-Петербург, Россия) был создан синтетический алмаз-рекордсмен массой 32,26 карата, из которого после огранки был получен уникальный бриллиант массой 10,02 карата, зарегистрированный Международным геммологическим институтом (IGI) в Гонконге.

• Методика создания CVD-алмазов или пленочный синтез связана с осаждением атомов углерода из газов. Опять затравка помещается на подложку в условиях вакуума, который потом заполняется водородной и метановой атмосферой, которую СВЧ-лучи разогревают до 30000С. Углерод выделяется из метана и оседает на холодную затравку, формируя очень чистый кристалл без примесей металла и азота, который почти не отличим от природного. Методика постоянно усовершенствуется, и хотя пока размеры синтезированных алмазов не более 1 см, но уже лет через пять будут получены камни до 10 см в диаметре, причем стоимость карата их не будет превышать 5 долларов.

• Взрывной синтез — эта технология основана на детонации взрывчатых веществ. Правда, кристаллы получаются мелкие, но зато они практически натуральные, так как этот метод, как считается, ближе всех к природному.

• Лазерный синтез. В 2015 году в США был проведен синтез алмаза из аморфного углерода с помощью мощного лазера, и полученный материал, так называемый Q-углерод, превзошел алмаз по своим свойствам. Он оказался плотнее и прочнее природного минерала, так как примерно четверть всех атомов углерода в нем имела sp2-гибридизацию, как и в графите, а остальные атомы были подобны атомам алмаза. Кроме того, новый материал обладает ферромагнитными свойствами, а при добавлении в его структуру атомов Бора – становится сверхпроводником!

Что и говорить, при таких темпах развития технологий становится понятен шок и трепет алмазодобывающих компаний, привыкших к своей монополии на мировом рынке этих минералов. Хотя пока искусственные камни составляют всего 10% мирового оборота, и гомологическая экспертиза почти всегда отличает «алмазную синтетику» из-за включения металлов, характерных секторов роста и люминесценции, но уже скоро De Beers и Алросу заметно потеснят инновационные компании и лаборатории.

И еще: на базе новых технологий начинает развиваться бизнес, связанный с синтезом так называемых «мемориальных алмазов»! Представьте, тело усопшего подвергается кремации, из праха изготавливают графит, а из него одним их перечисленных способов синтезируют алмаз. Остается подвергнуть камень огранке и вставить его в ювелирное изделие, и вот уже счастливый заказчик носит на груди сияющий бриллиант из останков дорогого ему человека...