Diamanty vypěstované v laboratoři: kde se používají kromě šperků?

Diamant je jedinečný materiál, který dnes nemá obdoby! Pouze 5 procent vytěžených a vypěstovaných diamantů jde na trh se šperky. Zbytek jde do průmyslu a špičkových technologií.

Diamant je jedinečný materiál, který dnes nemá obdoby! Pouze 5 % vytěžených a vypěstovaných diamantů jde na trh se šperky. Zbytek jde do průmyslu a špičkových technologií. Zabrousili jsme do výzkumu a vývoje vědců, abychom vám řekli, kde jinde používají laboratorně vypěstované diamanty a proč jsou potřeba.

Potřeba znovu vytvořit diamant v laboratoři vznikla, protože vědci hledali způsob, jak vylepšit zařízení a zároveň snížit náklady na jeho výrobu. Experimentálně vědci zjistili, že diamantové čipy zvyšují přesnost a pevnost nástrojů a diamantové čočky umožňují vidět to, co bylo dříve lidskému oku nedostupné. Ale masové používání diamantů v průmyslu bylo prostě nerentabilní. Drahá těžba a zpracování neumožnily technologii použít ve velkém měřítku, takže vědci studovali proces formování v přírodě a pokusili se tyto podmínky znovu vytvořit v laboratoři.

Experimenty s pěstováním diamantů byly prováděny od 1950. let 50. století. Od té doby uplynulo více než XNUMX let, než se ze stěn laboratoří začaly vynořovat diamanty v kvalitě drahokamů.
Chirurgické vybavení a lékařské lasery

Umělé diamanty se používají k výrobě vysoce přesných chirurgických nástrojů: skalpely, svorky, chirurgické jehly. Aby byly řezy co nejpřesnější a nejtenčí a nástroje prakticky nebyly matné, jsou potaženy diamantem. Nejčastěji se takové nástroje používají tam, kde je důležitá přesnost: v kardiologii a neurochirurgii.

Diamanty se také používají v lékařských laserech. Stejné, které lékaři používají ke korekci zraku, odstranění malých nádorů a rekanalizaci cév.

Laboratorně vypěstované diamanty používají lékaři i při zubním ošetření. Diamanty urychlují proces obnovy po pulpitidě a odstranění nervů.

Vědci z Petrohradu obecně vytvořili nový systém diagnostiky složitých nemocí. Přišli na to, jak připevnit antigenní markery na speciální nanonosič vyrobený z umělého diamantu. Pomocí této technologie mohou lékaři otestovat krev člověka na syfilis za 15 minut s přesností 99 %.

Kosmetologie a leštění obličeje

V kosmetologii existuje speciální postup – diamantová korekce obličeje. Nejedná se o plastickou operaci, ale o speciální druh peelingu, který pečlivě odstraňuje odumřelé kožní buňky, vyrovnává tón pleti a odstraňuje akné. Pouhými několika procedurami přivedete svou pleť do dokonalého stavu. A to vše díky syntetickým diamantům.

Optika a elektronika

V tomto směru začaly experimenty s využitím diamantů v průmyslu. Vědci hledali způsob, jak zlepšit přesnost zařízení pomocí diamantových čoček. Čočky zlepšily přesnost přístrojů stokrát, ale samotná technologie byla příliš drahá na to, aby se dala do sériové výroby. Dokud se neobjevila technologie pro vytváření diamantů v laboratorních podmínkách.

V dnešní době továrny sériově vyrábějí diamantové tranzistory, matricové UV přijímače, diamantové filmy s polykrystalickou strukturou a další díly, které jsou zabudovány do různých zařízení: foto a video zařízení, počítače, optické linky atd.

Stavební a domácí nářadí

Téměř v každé domácnosti je vrtačka s diamantovými vrtáky nebo bruska s diamantovými kotouči. Tam i tam jsou diamantové povlaky.

Speciální stroje na kopání tunelů, diamantové vrtáky, diamantové kotouče na řezání dlaždic, brusky a frézy – to vše je malý seznam strojů a nástrojů, jejichž vytvoření není možné bez umělých diamantů.

Mikročipy, lasery a zářiče

Vysoká tvrdost umožňuje použití průmyslových diamantů při tvorbě mikročipů. S jejich pomocí můžete zvýšit výpočetní výkon zařízení, aniž byste zvyšovali ceny samotných zařízení. A díky vysoké tepelné vodivosti a mobilitě elektronů je možné každých pár let zdvojnásobit výkon počítačů.

Umělé diamanty se také používají k výrobě pevnolátkových laserů a LED diod. Hlavně v případech, kdy potřebujete vyrobit přenosné, lehké a výkonné zařízení.

Diamanty jsou zasazeny do různých zářičů. Umělé diamanty dokážou detekovat záření, chemickou stabilitu a odolnost vůči záření.

Vzhledem k tomu, že diamant je odolný vůči záření a extrémně odolný, detektory záření vyrobené z diamantu mohou být umístěny na dříve nepřístupných místech pro provádění experimentů a sběr dat.

Navíc přítomnost atomů dusíku ve struktuře diamantu činí tento materiál cenným pro výzkumníky studující kvantové výpočty. Lze jej použít k simulaci elektrických součástí ve výpočetních procesech. Tepelné vlastnosti diamantů navíc umožňují provádět experimenty při pokojové teplotě bez kryogenních laboratoří. Náklady na takové experimenty se několikrát sníží.

Diamanty pěstované v laboratoři se používají v mnoha vědeckých oborech a jejich počet se každým rokem zvyšuje. Očekává se navíc, že ​​trh se šperky poroste, protože stále více lidí dává přednost diamantům vypěstovaným v laboratoři před přírodními.

Když slyšíme slovo „diamant“, většina z nás si představí vysoce odolný průhledný minerál nebo šperk s diamanty, jehož lesk a hru světla nelze zaměnit s žádným známým kamenem. Je to ale skutečně limit využití minerálu? Co dalšího se vyrábí z diamantů?

Kde se diamant používá?

Ukazuje se, že rozsah minerálu je obrovský. Z diamantů se vyrábějí nejen kameny různých tvarů a velikostí, ale také třísky a diamantový prach. Prakticky neexistuje žádná oblast průmyslové výroby nebo vědy, ve které by bylo použití diamantu vyloučeno. Není možné podrobně prozkoumat všechny aspekty použití minerálu, ale je docela možné získat celkový obrázek a pochopit, pro jaké účely se diamant používá.

Медицина

Hlavním cílovým směrem je výroba vysoce přesných chirurgických zařízení s diamantovým povlakem. Tenké a ostré břišní řezy umožňují chirurgům nejúčinněji provádět složité operace v srdci a dalších životně důležitých orgánech. Chirurgický nástroj má dobrou odolnost proti opotřebení a prakticky se neotupuje.

Diamant je dobrý vodič a tato vlastnost umožňuje použití minerálu jako součásti lékařského laseru. Nejjemnější diamantový povlak umožňuje použití tohoto zařízení v různých oblastech medicíny.

Použití diamantové dermabraze v kosmetologii umožňuje resurfacing obličeje. Diamantová korekce jemně odstraňuje zrohovatělou vrstvu pokožky, odstraňuje stařecké skvrny a akné. Poté leštění přivede epidermis do téměř ideálního stavu. Procedura je tak jemná a jemná, že umožňuje pracovat na pokožce kolem očí a rtů.

Jak člověk využívá diamant v inovativních technologiích moderní medicíny? Vývoj vědců z Petrohradu otevřel novou stránku v diagnostice lékařských diamantů. Syntetické ultrajemné diamanty (UDD) se používají v nejnovějších testovacích systémech pro diagnostiku infekčních onemocnění. Antigenní markery jsou připojeny ke speciálním nanonosičům, mezi které patří UDA. Například UDA, pacientovo krevní sérum a původce syfilis jsou smíchány na skle, po 15 minutách jsou jasně viditelné důsledky aglutinační reakce. Senzitivita techniky dosahuje 95 % a specificita je 100 %.

Američtí specialisté používají syntetické nanodiamanty ve stomatologii k ochraně kořenových kanálků po odstranění nervu a dřeně. Rychlost zotavení pacientů se v tomto případě výrazně zvyšuje.

S výrobou nových struktur na bázi diamantů se rozšiřují hranice využití minerálu v medicíně.

Průmysl

Využití diamantů v průmyslu je poměrně mnohostranné. A velkou roli v tom hrály jejich speciální vlastnosti: tvrdost, tepelná vodivost atd.

Přístrojová a průmyslová zařízení

Při vytváření zvláště složitých dílů pro jakékoli zařízení se používají frézovací, soustružnické a další stroje. Kovové nože, frézy a brusná zařízení jsou také vyráběny s diamantovým povlakem. Dlouhá životnost a vysoká přesnost prováděné práce jsou hlavními rysy trysek a bloků s diamantovým povlakem.

Až donedávna se vrtáky a korunky vyráběly pouze s použitím diamantu. Nyní je nahrazují jiné, levnější materiály nebo syntetické monokrystaly.

Vysoká tvrdost diamantu předurčuje jeho použití v tryskách strojů na řezání vodním paprskem a zápustkách pro výrobu polymerních vláken.

Diamantové kovadliny umožňují studovat chování různých sloučenin při vysokých tlacích (až 100 GPa).

Diamant se používá ve výrobě letadel a kosmickém průmyslu k vytvoření ultraodolných povlaků pro vzduch a kosmické lodě, které vydrží vysoké teploty a zatížení.

Elektronika a optika

Využití diamantů v průmyslu úzce souvisí s takovými oblastmi, jako je optika a elektronika. Jedná se o diamantové tranzistory, detektory ionizujícího záření na diamantu, matricové UV fotodetektory, polykrystalické diamantové filmy. Komplexní, vysoce specializované vybavení pomáhá člověku v různých oblastech života.

Stavební a dokončovací práce

Každý, kdo se alespoň jednou zabýval rekonstrukcí nebo stavbou, ví, že vrtání otvoru do betonu nebo řezání porcelánových dlaždic běžnými nástroji je problematické. Je to dlouhá, monotónní práce s velkou fyzickou námahou a ne vždy dobrými výsledky.

Jakmile ale přijdou na řadu takzvané diamantové vrtáky a kotouče, je práce hotová během pár minut. Otvory jsou čisté, požadované hloubky a velikosti a řez je hladký, bez třísek. A nezáleží na tom, kde se práce provádí: v bytě nebo velké budově ve výstavbě je diamantový povlak v brusných nástrojích zárukou vysoké kvality provedené práce. Minerál může pracovat s libovolnými materiály: beton, žula, mramor atd.

Jewelcrafting

Každý ví, že při broušení diamantu je možné proměnit diamant v briliantový kámen – kámen, který je jedinečný svou krásou a hrou světla. Velké diamanty se používají ke zdobení diadémů nebo diadémů královské rodiny.

Mezi tři nejlepší diamanty podle velikosti patří:

• Cullinan (Jižní Afrika) – 3106 karátů;
• Sewelo (Botswana) – 1758 karátů;
• Lesedi la Rona (Botswana) – 1109 karátů.

Další osud těchto darů přírody je zcela standardní: jsou rozděleny na menší části a broušeny na diamanty. Vysoká hodnota indexu lomu a disperze určují hru hran se všemi barvami duhy. Měli byste také vědět, že povrch diamantů není poškrábaný a zachovává si svůj charakteristický lesk.

Velké diamanty ve formě samostatného kamene nebo jako součást šperku jsou dobrou finanční investicí a chloubou každého sběratele:

• Zlatý skarabeus má zlatožlutou barvu, váží 545 karátů a patří thajskému králi. Broušení kamene trvalo 2 roky.
• Růžová hvězda, nejdražší diamant, vážící 59,9 karátů, byl prodán neznámému kupci v aukci za 71,2 milionu dolarů.
• Nejčistší ruský diamant byl získán z jakutského diamantu a váží 51,38 karátů.

Diamant se používá k výrobě exkluzivních šperků. Krása v každém detailu, kombinace s jinými drahými kameny a báječná hodnota jsou vlastnosti, které jsou jedinečnému kameni vlastní.

• Prsten s modrým (9 karátů) a dvěma bílými diamanty z bílého zlata od Choparda v hodnotě 16,26 milionu dolarů.
• Přívěsek „Srdce oceánu“ s 15karátovým modrým diamantem je přesnou imitací náhrdelníku z filmu „Titanic“. Je pravda, že náklady na produkt jsou také „titánské“ – 20 milionů dolarů.
• Bikiny vyrobené z diamantů o celkové hmotnosti 150 karátů a hodnotě 30 milionů dolarů. Exkluzivní plavky, zjevně nejsou určeny k relaxaci na pláži.

Chemický a fyzikální průmysl

Význam diamantu v těchto oblastech je neméně důležitý. Vytvoření nových slibných materiálů, například ultradispergovaného diamantu, umožnilo jeho použití jako nosiče uhlíku při elektrolýze.

Diamant je dobrý polovodič a jeho vysoká fotocitlivost umožňuje použití minerálu v optických zařízeních.

Chemici vyvinuli technologie, které umožňují použití syntetických diamantů jako galvanického povlaku na bázi stříbra, zlata, chrómu atd. Nanodiamanty se také používají k vytváření polymerních kompozitů a pevných maziv.

Minerály spolu se syntetickými rubíny a safíry se používají v hodinových kamenech v křemenných hodinkách, aby se zvýšila odolnost proti opotřebení a trvanlivost.

Základní vlastnosti diamantu

Diamant je pevná alotropní modifikace uhlíku, která má:

• nejvyšší tvrdost na Mohsově stupnici (10 z 10);
• vysoká tepelná vodivost – 900-2300 W/m K;
• nízký koeficient tření – 0,1;
• vysoký modul pružnosti a nízký kompresní poměr;
• teplota tání 3700-4000 °C.

Přítomnost luminiscence umožňuje minerálu zářit na slunci různými barvami, což je zvláště patrné při vybroušení do diamantu.

Většina přírodních diamantů je bezbarvá nebo žlutá, ale vyskytují se i minerály růžové, modré a hnědé barvy.

Syntetické diamanty

V posledních letech jsou zvláště důležité a rozšířené umělé (CVD nebo HPHT) diamanty. I když výraz „syntetický“ v tomto případě není zcela správný. Fyzikální vlastnosti diamantu, stejně jako jeho struktura, odpovídají jeho přirozenému protějšku, je však pěstován uměle, ačkoliv neobsahuje cizí syntetické materiály. V průmyslu tvoří až 97 % (z celkové hmotnosti použitých diamantů) umělé krystaly.

Pokusy o vytvoření krystalů byly provedeny již v 1953. století, ale teprve v roce XNUMX byla postavena speciální instalace a byly získány první krystaly.

Jak řezat diamant

Pokud se diamantem potažené nástroje používají k řezání jiných tvrdých materiálů, jak a čím lze řezat samotný diamant?

Diamanty se brousí vlastní pomocí. K tomuto účelu se používá nejtenčí kotoučová pila s diamantovým povlakem. Proces probíhá ve směru nižší tvrdosti několik hodin. Rychlost řezání je minimální.

S nástupem inovativních technologií se stále více využívá řezání laserem.

Diamant, stejně jako diamant na něm založený, je nejen krásný, ale také minerál se zvláštními vlastnostmi. Proto je šperkařský směr jen malou funkční složkou jeho schopností. Medicína, elektronika, výroba nástrojů atd. aktivně rozšiřují hranice použití tohoto materiálu.

Moderní technologie pěstování krystalů a vytváření umělých nanomateriálů umožňují výrazně rozšířit rozsah použití odolného a opticky aktivního minerálu.