Chau miglia di milioni di anni.
Il diamante è proprio rinomato come un materiale dalle caratteristiche fisiche superlative, molte delle quali derivano da un forte legame covalente tra i suoi atomi. In particolare, il diamante ha la più alta durezza e conduttività termica tra tutti i materiali conosciuti dall’uomo. Queste proprietà determinano che la principale applicazione industriale del diamante è negli utensili da taglio e lucidatura, oltre ad altre applicazioni. Credito: MysteryPlanet.com.ar.
La formazione di un diamante naturale è un processo estremamente lento che può richiedere dai 1.000 ai 3.300 milioni di anni. Ciò avviene nelle profondità della Terra, in condizioni di pressione e temperatura estreme (tra 140 e 190 km di profondità, a temperature comprese tra 1.200 e 1.300 gradi Celsius).
I diamanti creati in laboratorio, noti anche come diamanti sintetici, sono prodotti in un ambiente controllato utilizzando una tecnologia avanzata. Il processo di crescita è molto più veloce di quello dei diamanti naturali e può richiedere da poche settimane a diversi mesi, a seconda delle dimensioni e delle caratteristiche desiderate del diamante.
Ora, un nuovo metodo basato su una miscela di metalli liquidi è migliorato notevolmente in questo tempo: bastano pochi minuti. Anche se erano necessarie temperature elevate – fino a 1.025 °C –, gli scienziati sono riusciti a formare una pellicola di diamante continua in 150 minuti, a 1 atm (l’unità atmosferica standard). Ciò equivale alla pressione che avvertiamo al livello del mare ed è decine di migliaia di volte inferiore alla pressione normalmente richiesta.
Il team dietro questo approccio innovativo, guidato da ricercatori dell’Instituto de Ciencia Básica in Corea del Sur, è fiducioso che il processo possa espandersi fino a fare una differenza significativa nella produzione di diamanti sintetici.
Diamanti agricoli
La dissoluzione del carbonio nel metallo liquido per la produzione dei diamanti non è del tutto nuova. Ad esempio, la General Electric ha sviluppato un processo medio-lungo utilizzando zolfo fuso. Ma questi processi richiedono ancora pressioni di 5-6 gigapascale e un “cucito” di diamante in modo che il carbonio possa essere assorbito.
«Abbiamo scoperto un metodo per far crescere i diamanti a 1 atm di pressione e a temperatura moderata utilizzando una miscela di metallo liquido», scrivono i ricercatori nel loro articolo pubblicato su Natura.
I diamanti sono sintetizzati su una superficie metallica liquida a contatto con la grafite. Credito: Yan Gong et al., Natura, 2024.
La riduzione della pressione si ottiene attraverso un’attenta miscelazione di metalli liquidi: gallio, ferro, nichel e silicio. All’interno di un guscio di grafite è stato costruito un sistema di vuoto su misura per riscaldare e raffreddare molto rapidamente il metallo mentre era esposto a una combinazione di metano e idrogeno.
Queste condizioni fanno sì che gli atomi di carbonio del metano si disperdano nel metallo fuso, agendo come semi per i diamanti. Dopo 15 minuti di terreno, piccoli frammenti di cristalli di diamante fuoriescono dal metallo liquido appena sotto la superficie, anche dopo due ore e mezzo di esposizione, producendo una pellicola continua di diamante.
Credito: Yan Gong et al., Natura, 2024.
Anche se la concentrazione di carbonio che forma i cristalli ha ridotto la profondità del suolo di pochi nanometri, i ricercatori sperano che il processo possa migliorare con alcuni aggiustamenti.
«Suggeriamo che semplici modifiche potrebbero consentire la crescita dei diamanti su un’area molto vasta utilizzando una superficie o un’interfaccia più ampia, configurando gli elementi riscaldanti per ottenere una regione di crescita potenziale molto più ampia e distribuendo il carbonio nella regione di crescita del diamante in nuovi modi» , scrive il ricercatori.
Queste modifiche richiederanno tempo e la ricerca su questo processo è ancora alle prime fasi, ma gli autori del nuovo studio ritengono che abbia un grande potenziale e che altri metalli liquidi potrebbero essere incorporati per ottenere risultati simili o addirittura migliori.
Fonte: Natura/SciAl. Edizione: deputato.
