Искусственный алмаз ученые пытались синтезировать еще в конце XVIII века, когда они пришли к выводу, что его основой является углерод.
С конца XIX века ученые попытались превратить дешевые и доступные формы углерода (уголь или графит) в твердый и блестящий алмаз.
Сообщения об успехе получения алмаза делали многие, включая известных ученых, среди которых были французский химик Анри Муассан и британский физик Уильям Крукс, но позже было установлено, что предъявить реальные свидетельства полученного результата никто из них так и не смог.
Первый искусственный алмаз, предъявленный миру, был получен в 1954 году в лаборатории компании General Electric (GE).
В процессе получения синтетического алмаза в GE руководствовались "технологией", которую можно наблюдать в природе. Натуральные алмазы образуются при температуре порядка 1300 градусов и давлении порядка 50-70 тысяч атмосфер в толще мантии планеты на глубине сотен километров под поверхностью Земли. На поверхность кристаллы выносят лампроиты, кимберлиты и прочие магматические породы.
Свою технологию специалисты GE назвали HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура), которую взяли за основу при получении недорогих технических алмазов и алмазного порошка.
Для имитации описанных условий в лабораторных условиях специалисты GE использовали гидравлический пресс, обжимающий специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав (железо, никель, кобальт и др.) и графит. На подложке размещается одна или несколько затравок — небольших кристаллов алмаза. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. В этих условиях металл служит растворителем и катализатором процесса кристаллизации углерода на затравке в форме алмаза. Процесс выращивания одного крупного или нескольких более мелких кристаллов длится, в среднем, 12−13 суток.
В настоящее время промышленное производство синтетических алмазов ведется преимущественно по одной из двух технологий — это упоминаемая HPHT и технология CVD.
С 1960-х годов ведущие лаборатории мира совершенствуют менее затратную технологию синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы).
В процессе синтеза алмазы осаждаются на подложку, подогреваемую до 600−700 градусов из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высоких температур.
При осаждении на кремний или поликристаллический алмаз получается поликристаллическая пластина, имеющая ограниченное применение в электронике и оптике. Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/час. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.
В начале 2000-х годов возможности этого метода синтеза привлекли большое внимание небольших стартапов и крупных компаний, таких как Element Six, входящей в промышленную группу De Beers.
Имеются и другие менее употребляемые экзотические методики, такие как синтез нанокристаллов алмаза из графита при взрыве или экспериментальный метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под воздействием ультразвуковой кавитации.
Объемы промышленного производства искусственных алмазов и алмазной пыли сегодня достигает миллиарды карат в год. В 1970-х годах используя технологию HPHT научились изготавливать и ювелирные камни среднего качества весом до 1 карата.
И вот появилось сообщение о том, что в Южной Корее получен новый метод создания синтетических алмазов, основанный на низком давлении, открывающий возможности для производства алмазов за гораздо более доступные средства.
Если до сих пор процесс производства синтетических алмазов требовал высоких температур и давлений в течение нескольких дней, то новый метод обходит эту необходимость, что делает процесс более эффективным. Исследователи из Корейского института фундаментальных наук объявили об этом прорыве, показав, что синтетические алмазы можно выращивать при нормальном атмосферном давлении.
В этом методе используется жидкометаллический сплав, включающий галлий, железо, никель и кремний, чтобы создать алмазы без высокого давления. Метан обеспечивает углерод, из которого формируются алмазы. Этот прорыв стал результатом нескольких лет научных исследований и упорных усилий многих ученых.
Процесс создания синтетических алмазов с использованием этого метода оказался удивительно быстрым. Рост алмаза занимает от 10 до 15 минут, а затем процесс останавливается. Это делает его намного более эффективным по сравнению с традиционными методами.
Созданные алмазы пока что малы и больше напоминают пленку, чем драгоценные камни, однако с развитием технологий возможно появление способов для создания более крупных и качественных кристаллов.
Опубликованное в журнале Nature исследование подчеркивает потенциал этого метода для массового производства синтетических алмазов. Он также открывает новые перспективы для создания алмазов определенных оттенков или свойств.
Хотя этот метод пока не готов для массового производства, он показывает потенциал для радикального изменения индустрии драгоценных камней. Перспективы использования алмазов в различных областях, включая науку, технологии и производство, становятся все более привлекательным.
