Definición y significado de الماس

از Wikipedia، دانشنامهٔ آزاد

اَلماس یکی از سنگ‌های قیمتی و یکی از آلوتروپ‌های کربن است که در فشارهای بالا پایدار است. آلوتروپ دیگر کربن گرافیت نام دارد.

الماس در حالت پایدار دارای ساختار بلندروی (مکعبی) است. الماس ساختار منشوری نیز دارد که این ساختار بصورت شبه‌پایدار در طبیعت به صورت کانی لونسدالنیت وجود دارد.

خواص متمایز الماس

• الماس در بین جامدات در دمای ۲۵ درجه بالاترین رسانایی گرمایی را دارد. (هدایت گرمایی آن ۵ برابر مس است)
• الماس مادهٔ نوری ایده‌آلی است که توانایی انتقال طیف نوری فروسرخ تا فرابنفش را دارا است.
• شاخص بازتابش بسیار بالایی دارد.
• خواص نیمه‌رسانایی قابل توجهی دارد. شکست الکتریکی آن بطور متوسط ۵۰ برابر نیمه‌رساناهای متداول است.
• در برابر تابش نوترونی به‌شدت مقاوم است.
• سخت‌ترین مادهٔ شناخته شده‌است.
• در مجاورت هوا روانی طبیعی فوق‌العاده‌ای دارد (مانند تفلون)
• استحکام و صلبیت بسیار بالایی دارد.

با وجود این خواص منحصربه‌فرد، قیمت بالای آن جلوی کاربرد گستردهٔ آن را می‌گیرد و دانشمندان به دنبال پیدا کردن روش‌های تازه برای سنتز آن هستند.

تولید الماس

الماس بطور طبیعی تحت فشارهای زیاد اعماق زمین و در زمانی طولانی شکل می‌گیرد. اما در آزمایشگاه می‌توان به کمک دو فرآیند مجزا در زمانی بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرآیند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدی است از فرآیند طبیعی شکل گیری الماس در حالی که فرآیند رسوب گیری بخار شیمیایی (CVD) دقیقاً خلاف آن عمل می‌کند. در واقع CVD بجای وارد کردن فشار به کربن برای تولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهای کربن به آنها اجازه می‌دهد با ملحق شدن به یکدیگر به شکل الماس در آیند.

این دو تکنیک برای اولین بار در دهه ۱۹۵۰ کشف شدند. به گفته باتلر که هفده سال روی تولید الماس با استفاده از تکنیک CVD کار کرده‌است «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه ۱۹۵۰ با تمسخر سایرین از میدان به در شدند. تکنولوژی CVD هنوز دوران کودکی‌اش را سپری می‌کند.» هر دو فرآیند قادرند با سرعتی خیره کننده الماسهایی با کیفیت جواهر تولید کنند، اما در نهایت این فرآیند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصی و اندازه محصول برای تکنولوژی‌های الکترونیکی مناسب‌ترین خواهد بود.

فرآیند CVD با قرار دادن ذره بسیار کوچکی از الماس در خلأ آغاز می‌شود. سپس گازهای هیدروژن و متان به محفظه خلأ جریان می‌یابند. در ادامه پلاسمای تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمی می‌شود که با متان واکنش می‌دهد تا رادیکال متیل و اتمهای هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماس می‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD، فرآیندی خطی است، بنابراین تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگی ذره ابتدایی و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.

به گفته دیوید هلیر (D. Hellier)، رئیس بخش بازاریابی کمپانی ژمسیس، «فرآیند HP HT نیز با ذره کوچکی از الماس آغاز می‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌های رشدی به اندازه یک ماشین رختشویی، تحت دما و فشار بسیار بالا درون محلولی از گرانیت و کاتالیزوری فلزی غوطه‌ور می‌شود. در ادامه تحت شرایط کاملاً کنترل شده‌ای این الماس کوچک به تقلید از فرآیند طبیعی، مولکول به مولکول و لایه به لایه شروع به رشد می‌کند.»

گر چه جنرال الکتریک در تولید الماس‌ها به این روش پیشگام است و الماس‌های ساخته شده با تکنیک HP HT را برای مصارف صنعتی به بازار عرضه می‌کرد اما تا پیش از آنکه کمپانی ژمسیس با ساده سازی این فرآیند امکان تولید نمونه‌هایی با کیفیت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماس‌ها به عنوان سنگهای قیمتی به فروش نرسیده بودند.

در واقع الماس‌های زینتی مصنوعی بخش کوچک و در عین حال پر سودی از صنعت الماس را تشکیل می‌دهند. این الماسهای رنگی که در مقایسه با همتاهای بی‌رنگ شان فوق العاده کمیاب و در نتیجه بسیار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصیها در رنگهای گوناگون از سرخ و صورتی گرفته تا آبی، سبز و حتا زرد روشن و نارنجی تولید می‌شوند. در واقع این الماسها می‌توانند چنان کیفیت بالایی داشته باشند که حتی ماشینهای ساخته شده برای تشخیص سنگهای مصنوعی از طبیعی در تفکیکشان از یکدیگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخی از بزرگ‌ترین الماس فروشان در صنعت نیز به زحمت از پس آن بر می‌آیند.

شباهت فوق العاده نمونه‌های مصنوعی و طبیعی باعث شده‌است تا تاجران الماس برای تشخیص الماسهای رنگی مصنوعی از سنگهای طبیعی دست به دامن آزمایشگاه‌های الماس بلژیک و دیگر نقاطی شوند که بطور سنتی عهده دار تجزیه و تحلیل و تأیید الماسها از نظر بزرگی قیراط، رنگ و شفافیت هستند.

انواع الماس

• الماس طبیعی

هنوز اساساً تنها منبع جواهرات بوده و بالاترین بها را دارد.

• الماس سنتزی فشار بالا

سهم گسترده‌ای از بازار صنعت را به خود اختصاص داده‌است. به عنوان ساینده و ابزار برشی و ماشینکاری به کار می‌رود.

• الماس سی‌وی‌دی (CVD)

پتانسیل‌های زیادی برای کاربرد در صنعت دارد ولی هنوز بصورت آزمایشگاهی تولید می‌شود.

• کربن شبه-الماس (DLC)

اخیراً تولید شده اما دارای کاربردهایی در زمینهٔ ابزار نوری دقیق است.

ناخالصی‌ها

خواص الماس شدیداً به ناخالصی‌ها وابسته‌است. حتی وجود مقادیر جزئی ناخالصی مانند نیتروژن می‌تواند خواص آن را بسیار تغییر دهد.

انواع ناخالصی‌ها

الماس چه به صورت سنتزی و چه به صورت طبیعی هرگز به شکل کاملاً خالص نیست. این ناخالصی‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

• ناخالصی‌های شبکه

این نوع ناخالصی‌ها در شبکهٔ الماس به جای یکی از اتم‌های کربن قرار می‌گیرند و با اتم‌های مجاور تشکیل شیوند می‌دهند.

• آخال

این ناخالصی‌ها ذرات مجزایی هستند که شبکه را برهم زده و بخشی از آن نمی‌شوند.این ناخالصی‌ها معمولاً سیلیکات‌های آلومینیوم، سیلیکات‌های منیزیم و یا سیلیکات‌های کلسیم هستند.

دو ناخالصی مهم در الماس نیتروژن و بور هستند. این دو عنصر همسایه‌های کربن در جدول تناوبی بوده و به علت داشتن شعاع اتمی کوچک و متناسب، به خوبی در شبکهٔ کریستالی الماس جایگزین می‌شوند.

منابع

.