Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Алмаз
Необработанный алмаз.jpg
Октаэдрический кристалл алмаза в матрице
Общий
КатегорияСамородный неметалл, минерал
Формула
(повторяющаяся единица)		Углерод (C)
Кристаллическая системаАлмаз кубический
( a = 3,56683 Å )
Идентификация
ЦветЧаще всего от бесцветного до желтого или коричневого. Редко розовый, оранжевый, зеленый, синий, серый или красный.
Хрустальная привычкаОктаэдрический, кубооктаэдрический, сферический или кубический
РасщеплениеВосьмигранный; идеально и легко
ПереломКонхоидальный
Твердость по шкале Мооса10
Полосабелый
ПрозрачностьЯсно не
Удельный вес3,516–3,525
Показатель преломления2,417
ПлеохроизмНикто
ПлавкостьГорит на воздухе при температуре выше 700 ° C.
РастворимостьУстойчив к кислотам, но необратимо растворяется в горячей стали
Другие характеристикиточка кипения = нет, очень низкое давление пара перед разложением в твердом состоянии
Основные разновидности
БалласСферическая, радиальная структура, скрытокристаллический, непрозрачный черный
БортПлохо сформированный, скрытокристаллический, бесформенный, полупрозрачный
КарбонадоМассивный, микрокристаллический, непрозрачный черный

Алмаз - это аллотроп углерода, в котором атомы углерода расположены в кубической решетке особого типа, называемой кубической алмазной решеткой . Алмаз - это кристалл , от прозрачного до непрозрачного и обычно изотропный (отсутствие или очень слабое двулучепреломление ). Алмаз - самый твердый из известных природных материалов. Тем не менее, из-за серьезных структурных недостатков прочность алмаза может быть только хорошей. Точная прочность на разрыв массивного алмаза неизвестна, однако прочность на сжатие до 60  ГПа.наблюдалось, и оно может достигать 90–100 ГПа в виде проволок или игл нанометрового размера (~ 100–300 нанометров в диаметре) с соответствующей локальной максимальной упругой деформацией при растяжении, превышающей 9%. [1] При алмазной резке тщательно учитывается анизотропия твердости алмаза . Алмаз имеет высокий показатель преломления (2,417) и умеренную дисперсию (0,044), которые придают бриллиантам блеск. Ученые классифицируют алмазы на четыре основных типа в зависимости от природы кристаллографических дефектов . Следы примесей, замещающих атомы углерода в кристаллической структуре алмаза, а в некоторых случаях структурные дефекты являются причиной широкого диапазона цветов, наблюдаемых в алмазе. Большинство алмазов являются электрическими изоляторами и чрезвычайно эффективными проводниками тепла . В отличие от многих других минералов, удельный вес кристаллов алмаза (3,52) имеет довольно небольшие вариации от алмаза к алмазу.

Твердость и кристаллическая структура [ править ]

Известный древним грекам как ἀδάμας - adámas («правильный», «неизменный», «нерушимый») [2] и иногда называемый адамантом , алмаз является самым твердым из известных материалов природного происхождения и служит определением 10 по шкале Мооса. минеральной твердости . Алмаз чрезвычайно прочен благодаря своей кристаллической структуре, известной как кубический алмаз , в которой каждый атом углерода имеет четырех соседей, ковалентно связанных с ним. Объемный кубический нитрид бора (c-BN) почти такой же твердый, как алмаз. Алмаз вступает в реакцию с некоторыми материалами, такими как сталь, и c-BN меньше изнашивается при резке или шлифовке. (Его структура из цинковой обманкипохож на кубическую структуру алмаза, но с чередующимися типами атомов.) В настоящее время гипотетический материал, бета-нитрид углерода (β-C 3 N 4 ), также может быть таким же твердым или более твердым в одной форме. Было показано, что некоторые алмазные агрегаты с нанометровым размером зерна тверже и жестче, чем обычные крупные кристаллы алмаза, поэтому они лучше работают в качестве абразивного материала. [3] [4] Благодаря использованию этих новых сверхтвердых материалов для испытания алмазов, теперь известны более точные значения твердости алмаза. Поверхность, перпендикулярная кристаллографическому направлению [111].(это самая длинная диагональ куба) чистого алмаза (т.е. типа IIa) имеет значение твердости 167 ГПа при царапании наноалмазным острием, в то время как сам образец наноалмаза имеет значение 310 ГПа при испытании с другим наноалмазом. кончик. Поскольку тест работает правильно только с наконечником, сделанным из более твердого материала, чем тестируемый образец, истинное значение для наноалмаза, вероятно, несколько ниже 310 ГПа. [3]

Визуализация кубической элементарной ячейки алмаза: 1. Компоненты элементарной ячейки, 2. Одна элементарная ячейка, 3. Решетка из 3 × 3 × 3 элементарных ячеек.
Зависимость молярного объема от давления при комнатной температуре.
Трехмерная шариковая модель алмазной решетки.

Точная прочность на разрыв алмаза неизвестна, однако наблюдалась прочность до 60  ГПа , и теоретически она может достигать 90–225 ГПа в зависимости от объема / размера образца, совершенства решетки алмаза и его ориентации: Прочность наибольшая для направления кристалла [100] (перпендикулярно кубической грани), меньшая для [110] и наименьшая для оси [111] (вдоль самой длинной диагонали куба). [5] У алмаза самая низкая сжимаемость среди всех материалов.

Кубические алмазы имеют идеальный и легкий октаэдрический раскол , что означает, что у них есть только четыре плоскости - слабые направления, следующие за гранями октаэдра, где меньше связей, - вдоль которых алмаз может легко расколоться при тупом ударе, оставив гладкую поверхность. Точно так же твердость алмаза явно направлена : самое твердое направление - это диагональ на грани куба , в 100 раз жестче, чем самое мягкое направление, то есть додекаэдрическая плоскость. Октаэдрическая плоскость занимает промежуточное положение между двумя крайностями. Бриллиантовая огранкаПроцесс в значительной степени зависит от этой направленной твердости, так как без нее алмаз было бы почти невозможно изготовить. Расщепление также играет полезную роль, особенно в больших камнях, где резчик хочет удалить дефектный материал или произвести более одного камня из одного и того же необработанного камня (например, алмаз Куллинан ). [6]

Алмазы кристаллизуются в кубической кристаллической системе алмаза ( пространственная группа Fd 3 m) и состоят из тетраэдрически ковалентно связанных атомов углерода. Вторая форма, называемая лонсдейлит , с гексагональной симметрией, также была обнаружена, но она чрезвычайно редка и образуется только в метеоритах или при лабораторном синтезе. Локальное окружение каждого атома идентично в двух структурах. По теоретическим соображениям ожидается, что лонсдейлит будет тверже алмаза, но размер и качество имеющихся камней недостаточны для проверки этой гипотезы. [7] С точки зрения габитуса кристаллов алмазы чаще всего встречаются какидиоморфные (правильно сформированные) или округлые октаэдры и сдвоенные уплощенные октаэдры с треугольным контуром. Другие формы включают додекаэдры и (редко) кубы. Имеются данные о том, что примеси азота играют важную роль в образовании идиоморфных кристаллов правильной формы. Самые большие найденные алмазы, такие как алмаз Куллинан, были бесформенными. Эти алмазы чистые (т.е. тип II) и поэтому содержат мало азота, если вообще содержат его. [6]

Грани алмазных октаэдров очень блестящие благодаря своей твердости; На гранях часто присутствуют дефекты роста треугольной формы ( треугольники ) или ямки травления . Алмаза разрушения может быть ступенчатой, раковистый (оболочка-подобный, похожий на стекло ) или неправильной формы. Алмазы, которые имеют почти круглую форму из-за образования нескольких ступенек на октаэдрических гранях, обычно покрыты резиноподобной коркой ( nyf ). Комбинация ступенчатых граней, дефектов роста и nyf создает «чешуйчатый» или гофрированный вид. Многие алмазы искажены настолько, что различимы лишь несколько граней кристаллов. Некоторые алмазы найдены в Бразилии иДемократическая Республика Конго являются поликристаллический и встречаются в виде непрозрачной, потемневшие, сферические, радиальные массы мелких кристаллов; они известны как балласы и важны для промышленности, поскольку в них отсутствуют плоскости спайности монокристаллического алмаза. Карбонадо - аналогичная непрозрачная микрокристаллическая форма, которая встречается в бесформенных массах. Как и у алмаза баллас, у карбонадо отсутствуют плоскости спайности, а его удельный вес широко варьируется от 2,9 до 3,5. Бриллианты Борта , найденные в Бразилии, Венесуэле и Гайане., являются наиболее распространенным типом промышленных алмазов. Они также поликристаллические и часто плохо кристаллизуются; они полупрозрачные и легко раскалываются. [6]

Из-за его высокой твердости и прочной молекулярной связи грани и грани ограненного алмаза кажутся самыми плоскими и острыми. Любопытный побочный эффект совершенства поверхности алмаза - гидрофобия в сочетании с липофилией . Первое свойство означает, что капля воды, помещенная на алмаз, образует когерентную каплю, в то время как в большинстве других минералов вода растекается и покрывает поверхность. Точно так же алмаз необычайно липофилен, что означает жир и масло.легко собираются на поверхности алмаза. В то время как на других минералах масло могло образовывать вязкие капли, на алмазе масло растекалось. Это свойство используется при использовании так называемых «смазочных ручек», которые наносят полоску смазки на поверхность подозрительного имитатора алмаза . Поверхности алмаза являются гидрофобными, когда поверхностные атомы углерода заканчиваются атомом водорода, и гидрофильными, когда поверхностные атомы заканчиваются атомом кислорода или гидроксильным радикалом . Обработка газами или плазмой, содержащей соответствующий газ, при температуре 450 ° C или выше может полностью изменить свойства поверхности. [8]Встречающиеся в природе алмазы имеют поверхность с менее чем наполовину монослойным покрытием кислорода, остальное - водород, и поведение является умеренно гидрофобным. Это позволяет отделить рудник от других полезных ископаемых с помощью так называемой «смазочной ленты». [9]

Стойкость [ править ]

Алмазы в лезвии угловой шлифовальной машины

В отличие от твердости, которая обозначает только устойчивость к царапинам, твердость или прочность алмаза от умеренной до хорошей. Прочность относится к способности противостоять поломке при падении или ударах. Из-за идеального и легкого раскола алмаза он уязвим для поломки. Если ударить обычным молотком, алмаз расколется. [10] Вязкость природного алмаза составляет 2,0 МПа м 1/2., что хорошо по сравнению с другими драгоценными камнями, такими как аквамарин (синий цвет), но плохо по сравнению с большинством инженерных материалов. Как и в случае с любым другим материалом, макроскопическая геометрия алмаза способствует его устойчивости к разрушению. Алмаз имеет плоскость спайности и поэтому в одних направлениях более хрупок, чем в других. Алмазные огранщики используют этот атрибут для раскалывания некоторых камней перед огранкой. [11] [12]

Алмазы Ballas и Carbonado являются исключительными, поскольку они поликристаллические и поэтому намного прочнее, чем монокристаллический алмаз; они используются для долот для глубокого сверления и других сложных промышленных приложений. [13] Особые формы огранки алмазов более склонны к поломке и, следовательно, могут не подлежать страхованию в уважаемых страховых компаниях. Бриллиантовая огранка драгоценных камней разработана специально , чтобы уменьшить вероятность поломки или раскалывания. [6]

В алмазе обычно присутствуют твердые инородные кристаллы. В основном это минералы, такие как оливин , гранат , рубин и многие другие. [14] Эти и другие включения, такие как внутренние трещины или «перья», могут нарушить структурную целостность алмаза. Ограненные бриллианты, которые были улучшены для повышения их чистоты за счет заполнения стеклом трещин или полостей, особенно хрупкие, поскольку стекло не выдерживает ультразвуковой очистки или жестких условий работы ювелирной горелки. Алмазы с трещинами могут разбиться при неправильном обращении. [15]

Сопротивление давлению [ править ]

Используемые в так называемых экспериментах с алмазной наковальней для создания сред с высоким давлением, алмазы способны выдерживать давление дробления, превышающее 600 гигапаскалей (6 миллионов атмосфер ). [16]

Оптические свойства [ править ]

Цвет и его причины [ править ]

Синтетические алмазы различных цветов, выращенные методом высокого давления и высокой температуры, размер алмаза ~ 2 мм.
Чистые алмазы до и после облучения и отжига. По часовой стрелке слева снизу: 1) начальная (2 × 2 мм); 2–4) облученные разными дозами электронов 2 МэВ; 5–6), облученные разными дозами и отожженные при 800 ° C.
Основная статья: Кристаллографические дефекты в алмазе

Бриллианты бывают разных цветов: от черного, коричневого, желтого, серого, белого, синего, оранжевого, от фиолетового до розового и красного. Цветные алмазы содержат кристаллографические дефекты , включая примеси замещения и структурные дефекты, вызывающие окрашивание. Теоретически чистые алмазы будут прозрачными и бесцветными. С научной точки зрения алмазы подразделяются на два основных типа и несколько подтипов в зависимости от природы имеющихся дефектов и того, как они влияют на поглощение света: [6]

Алмаз типа I содержит атомы азота (N) в качестве основной примеси в концентрации до 1%. Если атомы N находятся в парах или более крупных агрегатах, они не влияют на цвет алмаза; это Тип Ia. Около 98% драгоценных алмазов относятся к типу Ia: эти алмазы принадлежат к серии Кейп , названной в честь богатого алмазами региона, ранее известного как Капская провинция в Южной Африке., чьи месторождения в основном относятся к типу Ia. Если атомы азота рассредоточены по всему кристаллу в отдельных узлах (не спаренных и не сгруппированных), они придают камню интенсивный желтый или иногда коричневый оттенок (тип Ib); редкие канареечные алмазы относятся к этому типу, который составляет лишь ~ 0,1% известных природных алмазов. Синтетический алмаз, содержащий азот, обычно относится к типу Ib. Типа Ia и Ib алмазы поглощают как в инфракрасной и ультрафиолетовой области электромагнитного спектра , от 320  нм . У них также есть характерная флуоресценция и видимый спектр поглощения (см. Оптические свойства ). [17]

В алмазах типа II очень мало примесей азота, если они вообще отсутствуют. Чистый алмаз (тип IIa) может быть окрашен в розовый, красный или коричневый цвет из-за структурных аномалий, возникающих в результате пластической деформации во время роста кристаллов; [18] эти алмазы редки (1,8% драгоценных алмазов), но составляют большой процент австралийских алмазов. Алмазы типа IIb, на долю которых приходится ~ 0,1% драгоценных алмазов, обычно имеют стальной синий или серый цвет из-за атомов бора, рассеянных внутри кристаллической матрицы. Эти алмазы также являются полупроводниками , в отличие от других типов алмазов (см. Электрические свойства ). Большинство сине-серых алмазов добывается на руднике АргайлАвстралии относятся не к типу IIb, а к типу Ia. Эти алмазы содержат большое количество дефектов и примесей (особенно водорода и азота), и происхождение их цвета пока не установлено. [19] Алмазы типа II слабо поглощают в другой области инфракрасного излучения (поглощение связано с решеткой алмаза, а не с примесями) и пропускают в ультрафиолете ниже 225 нм, в отличие от алмазов типа I. Они также имеют разные характеристики флуоресценции, но не имеют видимого спектра поглощения. [17]

Определенные методы улучшения бриллиантов обычно используются для искусственного создания множества цветов, включая синий, зеленый, желтый, красный и черный. Методы усиления цвета обычно включают облучение , включая бомбардировку протонами с помощью циклотронов ; нейтронная бомбардировка котлов ядерных реакторов ; и бомбардировка электронами генераторами Ван де Граафа . Эти высокоэнергетические частицы физически изменяют кристаллическую решетку алмаза , выбивая атомы углерода с места и создавая центры окраски.. Глубина проникновения цвета зависит от техники и ее продолжительности, и в некоторых случаях алмаз может оставаться в некоторой степени радиоактивным . [6] [20]

Некоторые облученные алмазы полностью натуральные; Одним из известных примеров является Дрезденский зеленый бриллиант . [9] Эти природные камни приобретают цвет в результате «радиационных ожогов» (естественное облучение альфа-частицами, происходящими из урановой руды ) в виде небольших пятен, обычно глубиной всего микрометры . Кроме того, структурные деформации алмазов типа IIa можно «исправить» с помощью процесса высокого давления и высокой температуры (HPHT), удаляющего большую часть или весь цвет алмаза. [21]

Блеск [ править ]

Россыпь бриллиантов круглой огранки показывает множество отражающих граней.

Блеск алмаза описываются как «несокрушимые», что просто означает алмазоподобный. Отражения на гранях правильно ограненного алмаза не искажаются из-за их плоскостности. Преломления алмаза (как измерено с помощью света натрия , 589,3 нм) составляет 2,417. Поскольку алмаз имеет кубическую структуру, он также изотропен . Его высокая дисперсия 0,044 (изменение показателя преломления в видимом спектре) проявляется в заметном огне ограненных алмазов. Этот огонь - вспышки призматическихЦвета прозрачных камней - это, пожалуй, самое важное оптическое свойство алмаза с ювелирной точки зрения. Выступление или количество огня, видимого в камне, в значительной степени зависит от выбора огранки алмаза и связанных с ней пропорций (особенно высоты короны), хотя цвет тела фантазийных (т.е. необычных) алмазов может в некоторой степени скрывать их огонь. [20]

Более 20 других минералов имеют более высокую дисперсию (то есть разницу в показателе преломления для синего и красного света), чем алмаз, например титанит 0,051, андрадит 0,057, касситерит 0,071, титанат стронция 0,109, сфалерит 0,156, синтетический рутил 0,330, киноварь 0,4 и т. Д. . (см. дисперсия ). [22] Однако сочетание дисперсности с высокой твердостью, износостойкостью и химической стойкостью, а также грамотный маркетинг определяют исключительную ценность алмаза как драгоценного камня.

Флуоресценция [ править ]

Фотография (вверху) и изображение фотолюминесценции при УФ-возбуждении (внизу) с пластины, вырезанной из синтетического алмаза (ширина ~ 3 мм). Большая часть желтого цвета и зеленого излучения происходит из-за примесей никеля .

Алмазы обладают флуоресценцией , то есть они излучают свет разного цвета и интенсивности в длинноволновом ультрафиолетовом свете (365 нм): камни серии Cape (тип Ia) обычно флуоресцируют синим цветом, и эти камни могут также фосфоресцировать желтым, что является уникальным свойством среди драгоценных камней. . Другие возможные цвета длинноволновой флуоресценции - зеленый (обычно для коричневых камней), желтый, лиловый или красный (для бриллиантов типа IIb). [23] В природных алмазах, как правило, почти нет реакции на коротковолновый ультрафиолет, но для синтетических алмазов верно обратное. Некоторые природные алмазы типа IIb фосфоресцируют синим цветом после воздействия коротковолнового ультрафиолета. В природных алмазах флуоресценция под рентгеновскими лучамиобычно голубовато-белый, желтоватый или зеленоватый. Некоторые алмазы, особенно канадские, не обладают флуоресценцией. [17] [20]

Происхождение цветов люминесценции часто неясно и неоднозначно. Голубая эмиссия алмазов типа IIa и IIb надежно отождествляется с дислокациями путем прямой корреляции эмиссии с дислокациями в электронном микроскопе . [24] Однако голубое излучение в алмазе типа Ia может быть связано либо с дислокациями, либо с дефектами N3 (три атома азота, граничащие с вакансией). [25] Зеленое излучение в природном алмазе обычно происходит из-за центра H3 (два замещающих атома азота, разделенных вакансией) [26], тогда как в синтетическом алмазе оно обычно происходит из никеля, используемого в качестве катализатора (см. Рисунок). [17] Оранжевое или красное свечение может быть вызвано разными причинами, одна из которыхазотно-вакансионный центр, который присутствует в достаточном количестве во всех типах алмаза, даже в типе IIb. [27]

Оптическое поглощение [ править ]

Алмазы серии Cape (Ia) имеют видимый спектр поглощения (как видно через спектроскоп прямого зрения ), состоящий из тонкой фиолетовой линии при 415,5 нм; однако эта линия часто невидима, пока алмаз не охладится до очень низких температур. С этим связаны более слабые линии при 478 нм, 465 нм, 452 нм, 435 нм и 423 нм. Все эти линии обозначены как оптические центры N3 и N2 и связаны с дефектом, состоящим из трех атомов азота, граничащих с вакансией. Другие камни показывают дополнительные полосы: коричневые, зеленые или желтые бриллианты показывают полосу в зеленом цвете при 504 нм (центр H3, см. Выше), [26]иногда сопровождается двумя дополнительными слабыми полосами при 537 нм и 495 нм (центр H4, большой комплекс, предположительно содержащий 4 замещающих атома азота и 2 вакансии решетки). [28] Алмазы типа IIb могут поглощать в далеком красном цвете из-за замещающего бора, но в остальном не показывают видимого спектра поглощения. [6]

В геммологических лабораториях используются спектрофотометры , позволяющие различать натуральные, искусственные и усиленные алмазы . Спектрофотометры анализируют инфракрасные , видимые и ультрафиолетовые спектры поглощения и люминесценции алмазов, охлажденных жидким азотом, для обнаружения контрольных линий поглощения, которые обычно не различимы. [6] [29]

Электрические свойства [ править ]

Алмаз - хороший электрический изолятор , его удельное сопротивление составляет от 100 ГОм · м до 1 Ом · м [30] (от 10 11 до 10 18 Ом · м). Большинство природных голубых алмазов являются исключением и являются полупроводниками из-за примесей бора, замещающего атомы углерода. Природные голубые или серо-голубые алмазы, обычные для алмазного рудника Аргайл в Австралии , богаты водородом ; эти алмазы не являются полупроводниками, и неясно, действительно ли водород отвечает за их сине-серый цвет. [19] Природные голубые алмазы, содержащие бор, и синтетические алмазы, легированные бором, являютсяПолупроводники p-типа . Пленки алмаза N-типа воспроизводимо синтезируются легированием фосфором во время химического осаждения из газовой фазы . [31] Диодные p-n-переходы и УФ-светодиоды ( светодиоды , на длине волны 235 нм) были изготовлены путем последовательного осаждения слоев p-типа (легированные бором) и n-типа (легированные фосфором). [32]

Изготовлены алмазные транзисторы (в исследовательских целях). [33] Созданы полевые транзисторы с диэлектрическими слоями SiN и полевые транзисторы SC-FET . [34]

В апреле 2004 года журнал Nature сообщил, что ниже температуры сверхпроводящего перехода 4  К , легированный бором алмаз, синтезированный при высокой температуре и высоком давлении, является объемным сверхпроводником. [35] Сверхпроводимость позже наблюдалась в сильно легированных бором пленках, выращенных с помощью различных методов химического осаждения из газовой фазы , и самая высокая зарегистрированная температура перехода (к 2009 г.) составила 11,4 К. [36] [37] (см. Также Ковалентный сверхпроводник # Алмаз )

Необычные магнитные свойства (состояние спинового стекла) наблюдались в нанокристаллах алмаза, интеркалированных калием. [38] В отличие от парамагнитного основного материала, измерения магнитной восприимчивости интеркалированного наноалмаза выявили отчетливое ферромагнитное поведение при 5 К. Это существенно отличается от результатов интеркаляции калия в графите или фуллерене C60 и показывает, что sp3-связывание способствует магнитному упорядочению в углероде. Измерения представили первые экспериментальные доказательства индуцированного интеркаляцией состояния спинового стекла в системе нанокристаллического алмаза.

Теплопроводность [ править ]

В отличие от большинства электрических изоляторов, алмаз является хорошим проводником тепла из-за сильной ковалентной связи и низкого рассеяния фононов. Измеренная теплопроводность природного алмаза составила около 2200 Вт / (м · К), что в пять раз больше, чем у серебра , самого теплопроводного металла. Монокристаллический синтетический алмаз, обогащенный до 99,9% изотопом 12 C, имел самую высокую теплопроводность среди всех известных твердых тел при комнатной температуре: 3320 Вт / (м · К), хотя существуют сообщения о превосходной теплопроводности как углеродных нанотрубок, так и графена. [39] [40] Поскольку алмаз имеет такую ​​высокую теплопроводность, он уже используется в производстве полупроводников для предотвращения образования кремния.и другие полупроводниковые материалы от перегрева. При более низких температурах проводимость становится еще лучше и достигает 41000 Вт / (м · К) при 104 К ( алмаз, обогащенный 12 C). [40]

Высокая теплопроводность алмаза используется ювелирами и геммологами, которые могут использовать электронный термозонд, чтобы отличить алмазы от их имитаций. Эти датчики состоят из пары термисторов с батарейным питанием, установленных на тонком медном наконечнике. Один термистор работает как нагревательное устройство, а другой измеряет температуру медного наконечника: если исследуемый камень представляет собой алмаз, он будет проводить тепловую энергию наконечника достаточно быстро, чтобы вызвать измеримое падение температуры. Этот тест занимает около 2–3 секунд. Однако более старые зонды будут обмануты муассанитом , кристаллической минеральной формой карбида кремния, введенной в 1998 году в качестве альтернативы алмазам, имеющим аналогичную теплопроводность. [6][29]

Технологически высокая теплопроводность алмаза используется для эффективного отвода тепла в высокотехнологичной силовой электронике. Алмаз особенно привлекателен в ситуациях, когда недопустима электрическая проводимость теплоотводящего материала, например, для управления тепловым режимом мощных высокочастотных микрокатушек , которые используются для создания сильных и локальных радиочастотных полей. [41]

Термическая стабильность [ править ]

Алмаз и графит - это два аллотропа углерода: чистые формы одного и того же элемента, различающиеся по структуре.

Будучи формой углерода, алмаз окисляется на воздухе при нагревании выше 700 ° C. [42] В отсутствие кислорода, например, в потоке газообразного аргона высокой чистоты , алмаз можно нагреть примерно до 1700 ° C. [43] [44] Его поверхность чернеет, но ее можно восстановить путем повторной полировки. При высоком давлении (~ 20 ГПа) алмаз можно нагревать до 2500 ° C [45], и в отчете, опубликованном в 2009 году, предполагается, что алмаз может выдерживать температуры 3000 ° C и выше. [46]

Алмазы - это кристаллы углерода, которые образуются глубоко под землей при высоких температурах и экстремальных давлениях. При приземном давлении воздуха (одна атмосфера) алмазы не так стабильны, как графит , и поэтому распад алмаза является термодинамически благоприятным (δ H  = -2 кДж / моль). [20] Таким образом, в отличие от рекламной кампании De Beers , продолжавшейся с 1948 по 2013 год под лозунгом «Бриллиант навсегда», [47] алмазы определенно не вечны. Однако из-за очень большого кинетического энергетического барьера алмазы метастабильны ; при нормальных условиях они не распадаются на графит . [20]

См. Также [ править ]

  • Химическое осаждение алмаза из паровой фазы
  • Кристаллографические дефекты в алмазе
  • Азотно-вакансионный центр
  • Синтетический алмаз

Ссылки [ править ]

  1. ^ Банерджи, Амит; и другие. (20 апреля 2018 г.). «Сверхбольшая упругая деформация наноразмерного алмаза» . Наука . 360 (6386): 300–302. DOI : 10.1126 / science.aar4165 . PMID  29674589 .
  2. ^ Liddell, HG; Скотт Р. "Адамас" . Греко-английский лексикон . Проект Персей .
  3. ^ а б Пробел, В .; Попов, М .; Пивоваров, Г .; Львовская, Н .; и другие. (1998). «Сверхтвердые и сверхтвердые фазы фуллерита С60: сравнение с алмазом по твердости и износу». Алмаз и сопутствующие материалы . 7 (2–5): 427. Bibcode : 1998DRM ..... 7..427B . CiteSeerX 10.1.1.520.7265 . DOI : 10.1016 / S0925-9635 (97) 00232-X . 
  4. ^ Irifune, T .; Курио, А .; Sakamoto, S .; Inoue, T .; и другие. (2003). «Сверхтвердый поликристаллический алмаз из графита» . Природа . 421 (6923): 599–600. Bibcode : 2003Natur.421..599I . DOI : 10.1038 / 421599b . PMID 12571587 . 
  5. ^ Рассказывая, RH; Пикард, CJ; Пейн, MC; Филд, Дж. Э. (2000). «Теоретическая прочность и спайность алмаза» . Письма с физическим обзором . 84 (22): 5160–5163. Полномочный код : 2000PhRvL..84.5160T . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.84.5160 . PMID 10990892 . 
  6. ^ a b c d e f g h Я Рид, PG (1999). Геммология (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. стр. 52, 53, 275, 276. ISBN 978-0-7506-4411-2.
  7. ^ Пан, Zicheng; Sun, Hong; Чжан, И; Чен, Чанфэн (2009). «Тверже, чем алмаз: превосходная прочность на вдавливание вюрцита BN и лонсдейлита». Письма с физическим обзором . 102 (5): 055503. Bibcode : 2009PhRvL.102e5503P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.055503 . PMID 19257519 . Краткое содержание - Physorg.com (12 февраля 2009 г.). 
  8. ^ Хансен, JO; Коппертвейт, Р. Г.; Дерри, TE; Пратт, Дж. М. (1989). «Тензиометрическое исследование граней алмаза (111) и (110)». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 130 (2): 347–358. Bibcode : 1989JCIS..130..347H . DOI : 10.1016 / 0021-9797 (89) 90114-8 .
  9. ^ a b Харлоу, GE (1998). Природа алмазов . Издательство Кембриджского университета. с. 112, 223. ISBN 978-0-521-62935-5.
  10. ^ Лаборатория действий. "Можно ли разбить алмаз молотком?" . Дата обращения 14 июня 2020 .
  11. Перейти ↑ Weber, MJ (2002). Справочник по оптическим материалам . CRC Press. п. 119. ISBN 978-0-8493-3512-9.
  12. ^ Поле, JE; Фриман, CJ (1981). «Прочностные и трещиностойкость алмаза». Философский журнал . 43 (3): 595–618. Bibcode : 1981PMagA..43..595F . DOI : 10.1080 / 01418618108240397 .
  13. ^ Moriyoshi, Y .; Камо, М .; Setaka, N .; Сато, Ю. (1983). «Микроструктура природных поликристаллов алмаза, карбонадо и баллас». Журнал материаловедения . 18 (1): 217–224. Bibcode : 1983JMatS..18..217M . DOI : 10.1007 / BF00543828 .
  14. ^ Якубовский, К .; Adriaenssens, GJ (2002). «Комментарий к статье« Свидетельства наличия центра дефектов Fe в алмазе » » (PDF) . Журнал физики: конденсированное вещество . 14 (21): 5459. Bibcode : 2002JPCM ... 14.5459I . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 14/21/401 .
  15. ^ Тейлор, WR; Lynton, AJ; Ридд, М. (1990). «Агрегация дефектов азота в некоторых австралийских алмазах: временные и температурные ограничения на исходные регионы трубчатых и аллювиальных алмазов» (PDF) . Американский минералог . 75 : 1290–1310.
  16. ^ Воган, Тим (2 ноября 2012). «Улучшенная ячейка с алмазной наковальней позволяет использовать более высокие давления» . Мир физики . Проверено 8 декабря 2014 .
  17. ^ a b c d Уокер, Дж. (1979). «Оптическое поглощение и люминесценция в алмазе» (PDF) . Rep. Prog. Phys . 42 (10): 1605–1659. Bibcode : 1979RPPh ... 42.1605W . CiteSeerX 10.1.1.467.443 . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 42/10/001 .  
  18. ^ Hounsome, LS; Jones, R .; Martineau, P .; Фишер, Д .; и другие. (2006). «Происхождение коричневой окраски в алмазе». Phys. Rev. B . 73 (12): 125203. Bibcode : 2006PhRvB..73l5203H . DOI : 10.1103 / PhysRevB.73.125203 .
  19. ^ а б Якубовский, К .; Adriaenssens, GJ (2002). «Оптическая характеристика природных алмазов Аргайл» (PDF) . Алмаз и сопутствующие материалы . 11 (1): 125. Bibcode : 2002DRM .... 11..125I . DOI : 10.1016 / S0925-9635 (01) 00533-7 .
  20. ^ a b c d e Webster, R .; Прочтите, PG (2000). Драгоценные камни: их источники, описание и идентификация . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-1674-4.
  21. ^ Коллинз, AT; Коннор, А .; Ly, C .; Шариф, А .; Копье, PM (2005). «Высокотемпературный отжиг оптических центров в алмазе I рода». Журнал прикладной физики . 97 (8): 083517–083517–10. Bibcode : 2005JAP .... 97х3517С . DOI : 10.1063 / 1.1866501 .
  22. ^ Шуман, Вальтер (2009). Драгоценные камни мира (4-е изд.). Стерлинг. п. 42. ISBN 978-1-4027-6829-3.
  23. ^ Eaton-Magaña, S .; Post, JE; Хини, П.Дж.; Freitas, J .; и другие. (2008). «Использование фосфоресценции как отпечатка пальца для Надежды и других голубых бриллиантов». Геология (аннотация). 36 (1): 83–86. Bibcode : 2008Geo .... 36 ... 83E . DOI : 10.1130 / G24170A.1 .
  24. ^ Хэнли, Польша; Kiflawi, I .; Ланг, AR (1977). «О топографически идентифицируемых источниках катодолюминесценции в природных алмазах». Фил. Пер. Рой. Soc. . 284 (1324): 329–368. Bibcode : 1977RSPTA.284..329H . DOI : 10,1098 / rsta.1977.0012 . JSTOR 74759 . 
  25. ^ Ван Вик, JA (1982). «Сверхтонкое взаимодействие углерода-12 с уникальным углеродом центра P2 (ESR) или N3 (оптический) в алмазе». Журнал физики C: Физика твердого тела . 15 (27): L981 – L983. Bibcode : 1982JPhC ... 15L.981V . DOI : 10.1088 / 0022-3719 / 15/27/007 .
  26. ^ а б Дэвис, G .; Назаре, MH; Хамер, MF (1976). «Вибронная полоса H3 (2.463 эВ) в алмазе: эффекты одноосного напряжения и нарушение зеркальной симметрии». Труды Королевского общества А . 351 (1665): 245. Bibcode : 1976RSPSA.351..245D . DOI : 10,1098 / rspa.1976.0140 .
  27. ^ Фрейтас, JA; Кляйн, ПБ; Коллинз, А. Т. (1993). «Обнаружение новой полосы вибронной люминесценции в полупроводниковом алмазе» . Письма об электронике . 29 (19): 1727–1728. DOI : 10.1049 / эл: 19931148 .
  28. ^ де Са, ES; Дэвис, Г. (1977). "Исследование одноосного напряжения вибронных полос 2,498 эВ (H4), 2,417 эВ и 2,536 эВ в алмазе". Труды Королевского общества А . 357 (1689): 231–251. Bibcode : 1977RSPSA.357..231S . DOI : 10,1098 / rspa.1977.0165 .
  29. ^ а б О'Донохью, М .; Джойнер, Л. (2003). Идентификация драгоценных камней . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-5512-5.
  30. ^ Fromentin, Сара (2004). Гленн Элерт (ред.). «Удельное сопротивление углерода, алмаза» . Сборник фактов по физике . Проверено 30 декабря 2011 года .
  31. ^ Коидзуми, S .; Небель, CE; Несладек, М. (2008). Физика и применение CVD-алмаза . Wiley VCH. С. 200–240. ISBN 978-3-527-40801-6.
  32. ^ Коидзуми, S .; Watanabe, K .; Hasegawa, M .; Канда, Х. (2001). «Ультрафиолетовое излучение алмазного pn перехода». Наука . 292 (5523): 1899–1901. Bibcode : 2001Sci ... 292.1899K . DOI : 10.1126 / science.1060258 . PMID 11397942 . 
  33. Перейти ↑ Geis, MW (1991). «Характеристики и изготовление алмазных транзисторов». Труды IEEE . 79 (5): 669–676. DOI : 10.1109 / 5.90131 .
  34. ^ Wang, W .; Hu, C .; Li, SY; Ли, ФН; Лю, ZC; Wang, F .; Fu, J .; Ван, HX (2015). «Полевые транзисторы на основе алмаза с затвором из Zr с диэлектрическими слоями SiN x » . Журнал наноматериалов . 2015 : 1–5. DOI : 10.1155 / 2015/124640 .
  35. ^ Екимов, Е .; Сидоров В.А.; Бауэр, ЭД; Мельник Н.Н. и другие. (2004). «Сверхпроводимость в алмазе» (PDF) . Природа . 428 (6982): 542–545. arXiv : cond-mat / 0404156 . Bibcode : 2004Natur.428..542E . DOI : 10,1038 / природа02449 . PMID 15057827 .  
  36. ^ Takano, Y .; Takenouchi, T .; Ishii, S .; Ueda, S .; и другие. (2007). «Сверхпроводящие свойства гомоэпитаксиального CVD-алмаза». Алмаз и сопутствующие материалы . 16 (4–7): 911–914. Bibcode : 2007DRM .... 16..911T . DOI : 10.1016 / j.diamond.2007.01.027 .
  37. Перейти ↑ Takano, Y. (2006). «Обзор» . Sci. Technol. Adv. Mater . 7 (S1): S1. Bibcode : 2006STAdM ... 7S ... 1T . DOI : 10.1016 / j.stam.2006.06.003 .
  38. ^ Козлов, МЭ; Uwe, H .; Токумото, М .; Якуши, К. (1997). «Спин-стеклование нанокристаллического алмаза, интеркалированного калием». Журнал физики: конденсированное вещество . 9 (39): 8325. Bibcode : 1997JPCM .... 9,8325K . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 9/39/016 .
  39. ^ Энтони, TR; Банхольцер, ВФ; Fleischer, JF; Вэй, Ланьхуа; и другие. (1990). «Теплопроводность алмаза 12 C, обогащенного изотопами». Physical Review B . 42 (2): 1104–1111. Bibcode : 1990PhRvB..42.1104A . DOI : 10.1103 / PhysRevB.42.1104 . PMID 9995514 . 
  40. ^ а б Вэй, Ланьхуа; Куо, ПК; Thomas, RL; Энтони, TR; Банхольцер, WF (1993). «Теплопроводность изотопно модифицированного монокристалла алмаза». Письма с физическим обзором . 70 (24): 3764–3767. Bibcode : 1993PhRvL..70.3764W . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.70.3764 . PMID 10053956 . 
  41. ^ Херб, Константин; Зопс, Джонатан; Куджиа, Кристиан; Деген, Кристиан (2020). «Широкополосный радиочастотный передатчик для управления быстрым ядерным вращением». Обзор научных инструментов . 91 (11): 113106. DOI : 10,1063 / 5,0013776 .
  42. ^ Джон, P .; Polwart, N .; Труппа, СЕ; Уилсон, JIB (2002). «Окисление (100) текстурированного алмаза». Алмаз и сопутствующие материалы . 11 (3–6): 861. Bibcode : 2002DRM .... 11..861J . DOI : 10.1016 / S0925-9635 (01) 00673-2 .
  43. ^ Дэвис, G .; Эванс, Т. (1972). «Графитизация алмаза при нулевом и высоком давлении». Труды Королевского общества А . 328 (1574): 413–427. Bibcode : 1972RSPSA.328..413D . DOI : 10,1098 / rspa.1972.0086 .
  44. ^ Evans, T .; Джеймс, П. Ф. (1964). «Исследование превращения алмаза в графит». Труды Королевского общества А . 277 (1369): 260–269. Bibcode : 1964RSPSA.277..260E . DOI : 10,1098 / rspa.1964.0020 .
  45. ^ Evans, T .; Ци, З .; Магуайр, Дж. (1981). «Этапы агрегации азота в алмазе». Журнал физики C: Физика твердого тела . 14 (12): L379. Bibcode : 1981JPhC ... 14L.379E . DOI : 10.1088 / 0022-3719 / 14/12/005 .
  46. ^ Шацкий, А .; Yamazaki, D .; Morard, G .; Cooray, T .; Matsuzaki, T .; Higo, Y .; Funakoshi, K .; Sumiya, H .; Ито, Э .; Кацура, Т. (2009). «Алмазный нагреватель, легированный бором, и его применение в больших объемах, при высоком давлении и высоких температурах». Rev. Sci. Instrum . 80 (2): 023907–023907–7. Bibcode : 2009RScI ... 80b3907S . DOI : 10.1063 / 1.3084209 . PMID 19256662 . 
  47. ↑ Салливан, Кортни (3 мая 2013 г.). «Как бриллианты стали навсегда» . Нью-Йорк Таймс . Дата обращения 3 декабря 2014 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Пагель-Тайзен, Верена. (2001). Азбука классификации алмазов: Учебное пособие (9-е изд.), Стр. 84–85. Rubin & Son nv; Антверпен, Бельгия. ISBN 3-9800434-6-0 
  • Вебстер, Роберт и Джоббинс, Э. Аллан (ред.). (1998). Справочник геммолога , стр. 21, 25, 31. St Edmundsbury Press Ltd, Бери-Сент-Эдвардс. ISBN 0-7198-0291-1 

Внешние ссылки [ править ]

  • Свойства алмаза
  • Свойства алмаза (С. Ск, докторская диссертация, 2005 г., Эксетерский университет, Великобритания)