Cientistas aprenderam a sintetizar diamantes em 15 minutos à pressão normal

Cientistas da Coreia do Sul fizeram um avanço no campo da síntese de diamantes. Eles conseguiram fazer crescer as pedras mais duras do laboratório em apenas 15 minutos à temperatura e pressão ambiente. Este método é fundamentalmente diferente dos métodos tradicionais de produção de diamantes sintéticos.

Imagem: @Kandinsky

Uma equipe de cientistas liderada pelo físico-químico Rodney Ruoff, do Instituto de Ciências Básicas da Coreia do Sul, desenvolveu um novo método para sintetizar diamantes sem o uso de cristal semente e alta pressão, o que simplifica muito o “crescimento” das pedras. Os cientistas publicaram suas descobertas na revista Nature.

Sabe-se que os diamantes naturais se formam nas entranhas da Terra, a dezenas de quilômetros de profundidade, sob enorme pressão de vários gigapascais e temperaturas acima de 1.500 °C. Condições naturais semelhantes são utilizadas no método atualmente utilizado para sintetizar 99% de todos os diamantes produzidos pelo homem. Este método, denominado crescimento de alta pressão e alta temperatura (HPHT), usa parâmetros extremos para transformar carbono em diamante a partir de um pequeno cristal de semente.

No entanto, manter essa pressão e temperatura elevadas é um desafio técnico. Além disso, os componentes utilizados no processo limitam o tamanho dos diamantes resultantes a um centímetro cúbico. O HPHT também leva bastante tempo – cerca de duas semanas para o cultivo de pedras muito pequenas.

Outro método, a deposição química de vapor, elimina algumas das desvantagens do HPHT, como a alta pressão, mas mantém a necessidade de cristais de semente.

A nova tecnologia de síntese de diamantes proposta pela equipe de Ruoff nos permite eliminar as características listadas de ambos os métodos existentes. O método baseia-se na utilização de gálio aquecido com uma pequena quantidade de silício em um cadinho de grafite. O gálio foi escolhido porque pesquisas anteriores mostraram que ele poderia catalisar a formação de grafeno a partir do metano. O cadinho foi colocado em uma câmara especialmente projetada na qual a pressão atmosférica normal (como ao nível do mar) foi mantida e metano rico em carbono extremamente aquecido passou por ele. Através de experimentação, os pesquisadores concluíram que uma mistura de gálio, níquel e ferro, combinada com uma pitada de silício, é ideal como catalisador para o crescimento do diamante. E, de fato, os diamantes começaram a aparecer no fundo do cadinho em 15 minutos na forma de uma película de diamante. A análise espectroscópica mostrou que este filme é bastante transparente com uma pequena mistura de átomos de silício.

O mecanismo exato de formação do diamante neste método ainda não foi esclarecido. Presumivelmente, a temperatura influencia o movimento do carbono em direção ao centro do cadinho, onde cristaliza e se transforma em uma estrutura de diamante.

Observa-se que o novo método também tem suas desvantagens. Um problema é que os diamantes produzidos desta forma são muito pequenos – centenas de milhares de vezes menores do que aqueles cultivados com HPHT. Por causa disso, eles não podem ser usados ​​como joias vestíveis. A potencial utilização destes diamantes para fins tecnológicos, como polimento e perfuração, também é questionável. No entanto, como o processo ocorre a baixa pressão, Ruoff diz que poderia aumentar significativamente a síntese de diamantes. Dentro de alguns anos, o mundo poderá ter uma imagem mais clara da potencial aplicação comercial deste método.