stringtranslate.com

Свойства материала алмаза

Алмаз — это аллотроп углерода , в котором атомы углерода расположены в определенном типе кубической решетки, называемой кубической алмазной решеткой . Это кристалл от прозрачного до непрозрачного и, как правило, изотропный (нет или очень слабое двойное лучепреломление ). Алмаз – самый твердый из известных природных материалов. Тем не менее, из-за значительной структурной хрупкости прочность объемного алмаза находится на уровне средней или хорошей. Точная прочность на разрыв объемного алмаза малоизвестна; однако прочность на сжатие доНаблюдалось давление 60  ГПа , и оно может достигать90–100 ГПа в виде проволок или игл микро/нанометрового размера (~100–300 нм в диаметре, микрометры в длину) с соответствующей максимальной растягивающе-упругой деформацией, превышающей 9%. [1] [2] Анизотропия твердости алмаза тщательно учитывается при огранке алмаза . Алмаз имеет высокий показатель преломления (2,417) и умеренную дисперсию (0,044), которые придают бриллиантам их блеск. Ученые делят алмазы на четыре основных типа в зависимости от характера присутствующих кристаллографических дефектов . Следовые примеси, замещающие атомы углерода в кристаллической структуре алмаза , а в некоторых случаях структурные дефекты, ответственны за широкий диапазон 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) довольно мало варьируется от алмаза к алмазу.

Твердость и кристаллическая структура

Алмаз , известный древним грекам как ἀδάμας ( адамас , «правильный, неизменный, нерушимый») [3] и иногда называемый адамантом , является самым твёрдым из известных природных материалов и служит показателем 10 по шкале твердости минерала Мооса . Алмаз чрезвычайно прочен благодаря своей кристаллической структуре, известной как кубический алмаз , в которой каждый атом углерода имеет четыре соседа, ковалентно связанных с ним. Объемный кубический нитрид бора (c-BN) почти такой же твердый, как алмаз. Алмаз вступает в реакцию с некоторыми материалами, например со сталью, а c-BN изнашивается меньше при резке или истирании такого материала. [4] (Его структура цинковой обманки похожа на кубическую структуру алмаза, но с чередующимися типами атомов.) Гипотетический в настоящее время 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 прочнее, чем обычные крупные кристаллы алмаза, поэтому они лучше работают в качестве абразивного материала. [5] [6] Благодаря использованию этих новых сверхтвердых материалов для испытаний алмазов теперь известны более точные значения твердости алмаза. Поверхность, перпендикулярная кристаллографическому направлению [111] (то есть самой длинной диагонали куба) чистого (т. е. типа IIa) алмаза, имеет значение твердости167 ГПа при царапании наноалмазным наконечником, а сам образец наноалмаза имеет значение310 ГПа при испытании с другим наноалмазным наконечником. Поскольку тест работает правильно только с наконечником, изготовленным из более твердого материала, чем испытуемый образец, истинное значение для наноалмазов, вероятно, несколько ниже, чем310 ГПа . [5]

Визуализация алмазной кубической элементарной ячейки: 1. Компоненты элементарной ячейки, 2. Одна элементарная ячейка, 3. Решетка из элементарных ячеек 3×3×3.
Молярный объем в зависимости от давления при комнатной температуре.
3D шаростержневая модель ромбовидной решетки

Точная прочность алмаза на разрыв неизвестна, хотя прочность доНаблюдалось давление 60 ГПа , и теоретически оно может достигать90–225 ГПа в зависимости от объема/размера образца, совершенства алмазной решетки и ее ориентации: предел прочности на разрыв является самым высоким для направления кристалла [100] (нормально к кубической грани), меньшим для [110] и наименьшее для оси [111] (вдоль самой длинной диагонали куба). [7] Алмаз также имеет одну из самых маленьких сжимаемых способностей среди всех материалов.

Кубические алмазы имеют идеальное и легкое октаэдрическое расщепление , 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 тверже, чем самое мягкое направление — додекаэдрическая плоскость. Октаэдрическая плоскость является промежуточной между двумя крайностями. Процесс огранки алмаза во многом зависит от этой направленной твердости, поскольку без нее было бы практически невозможно создать алмаз. Спайность также играет полезную роль, особенно в случае с крупными камнями, когда огранщик хочет удалить дефектный материал или изготовить более одного камня из одного и того же куска алмаза (например, алмаз Куллинан ). [8]

Алмазы кристаллизуются в кубической кристаллической системе алмаза ( пространственная группа Fd 3 m) и состоят из тетраэдрически ковалентно связанных атомов углерода. Также была обнаружена вторая форма, называемая лонсдейлитом , с гексагональной симметрией, но она встречается крайне редко и образуется только в метеоритах или при лабораторном синтезе. Локальное окружение каждого атома в обеих структурах идентично. Из теоретических соображений ожидается, что лонсдейлит будет тверже алмаза, но размер и качество имеющихся камней недостаточны для проверки этой гипотезы. [9] Что касается формы кристаллов , алмазы чаще всего встречаются в виде идиоморфных (хорошо сформированных) или округлых октаэдров, а также сдвоенных , сплющенных октаэдров 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 «Куллинан», были бесформенными. Эти алмазы являются чистыми (т.е. типа II) и поэтому содержат мало азота или вообще его содержат. [8]

Грани алмазных октаэдров благодаря своей твердости очень блестящие ; На лицах часто присутствуют дефекты роста треугольной формы ( тригоны ) или ямки травления . Излом алмаза неровный. Алмазы, которые имеют почти круглую форму из-за образования нескольких ступенек на октаэдрических гранях, обычно покрыты камеподобной оболочкой ( nyf ). Сочетание ступенчатых граней, дефектов роста и nyf создает «чешуйчатый» или гофрированный вид. Многие алмазы настолько искажены, что различимы лишь немногие грани кристаллов. Некоторые алмазы, найденные в Бразилии и Демократической Республике Конго, являются поликристаллическими и представляют собой непрозрачные, темные, сферические, радиальные массы крошечных кристаллов; они известны как баллы и важны для промышленности, поскольку в них отсутствуют плоскости спайности монокристаллического алмаза. Карбонадо представляет собой аналогичную непрозрачную микрокристаллическую форму, которая встречается в виде бесформенных масс. Как и алмаз баллас, карбонадо не имеет плоскостей спайности, а его удельный вес варьируется в широких пределах от 2,9 до 3,5. Алмазы Борта , найденные в Бразилии, Венесуэле и Гайане , являются наиболее распространенным типом промышленных алмазов. Они также поликристаллические и часто плохо кристаллизованы; они полупрозрачны и легко расщепляются. [8]

Гидрофобия и липофилия

Благодаря высокой твердости и прочным молекулярным связям грани и края граней бриллианта кажутся самыми плоскими и острыми. Любопытным побочным эффектом совершенства поверхности природного алмаза является гидрофобия в сочетании с липофилией . Первое свойство означает, что капля воды, помещенная на алмаз, образует связную каплю, тогда как в большинстве других минералов вода растекается, покрывая поверхность. Кроме того, алмаз необычайно липофильен, то есть жир и масло легко собираются и распределяются по поверхности алмаза, тогда как в других минералах масло образует связные капли. Это свойство используется при использовании жирных карандашей , которые наносят жирную линию на поверхность подозрительного имитатора алмаза . Поверхности алмаза являются гидрофобными, когда поверхностные атомы углерода оканчиваются атомом водорода, и гидрофильными, когда поверхностные атомы оканчиваются атомом кислорода или гидроксильным радикалом . Обработка газами или плазмой , содержащей соответствующий газ, при температуре450 °C или выше может полностью изменить свойства поверхности. [10] Природные алмазы имеют поверхность, на которую менее половины монослоя покрыто кислородом, остальное приходится на водород, а поведение умеренно гидрофобное. Это позволяет отделять минералы от других полезных ископаемых на руднике с помощью так называемой «смазочной ленты». [11]

Прочность

Алмазы в лезвии угловой шлифовальной машины

В отличие от твердости, которая означает только устойчивость к царапинам, прочность или цепкость алмаза варьируются от средней до хорошей. Прочность связана со способностью противостоять разрушению в результате падений или ударов. Из-за идеального и легкого расщепления алмаз уязвим к поломке. Алмаз разобьется, если по нему ударить обычным молотком. [12] Твердость природного алмаза измеряется как2,0 МПа⋅м 1/2 , что хорошо по сравнению с другими драгоценными камнями, такими как аквамарин (синего цвета), но плохо по сравнению с большинством технических материалов. Как и в случае с любым другим материалом, макроскопическая геометрия алмаза способствует его устойчивости к разрушению. Алмаз имеет плоскость спайности и поэтому в некоторых направлениях более хрупок, чем в других. Огранщики алмазов используют это свойство для раскалывания некоторых камней перед огранкой. [13] [14]

Алмазы Баллас и Карбонадо являются исключительными, поскольку они поликристаллические и, следовательно, намного прочнее монокристаллического алмаза; они используются для долот для глубокого сверления и других сложных промышленных применений. [15] Особые формы огранки бриллиантов более склонны к поломке и, следовательно, могут не подлежать страхованию в уважаемых страховых компаниях. Блестящая огранка драгоценных камней разработана специально для снижения вероятности поломки или раскола. [8]

В алмазе обычно присутствуют твердые инородные кристаллы. В основном это минералы, такие как оливин , гранаты , рубины и многие другие. [16] Эти и другие включения, такие как внутренние трещины или «перья», могут поставить под угрозу структурную целостность алмаза. Огранка бриллиантов, очищенность которой была улучшена путем заполнения трещин или полостей стеклом, особенно хрупка, поскольку стекло не выдерживает ультразвуковой чистки или суровых условий ювелирной горелки. Алмазы с заполнением трещин могут расколоться при неправильном обращении. [17]

Сопротивление давлению

Алмазы , используемые в так называемых экспериментах с алмазной наковальней для создания среды высокого давления, выдерживают давление разрушения, превышающее 600 гигапаскалей (6 миллионов атмосфер ). [18]

Оптические свойства

Цвет и его причины

Синтетические алмазы различных цветов, выращенные методом высокого давления и высоких температур. Размер бриллианта ~2 мм .
Чистые алмазы до и после облучения и отжига. По часовой стрелке слева внизу: 1) начальный (2 мм × 2 мм ); 2–4) облученные разными дозамиэлектроны с энергией 2 МэВ ; 5–6), облученных разными дозами и отожженных при800 °С .

Бриллианты бывают разных цветов: черные, коричневые, желтые, серые, белые, синие, оранжевые, от фиолетового до розового и красные. Цветные алмазы содержат кристаллографические дефекты , в том числе примеси замещения и структурные дефекты, которые и вызывают окраску. Теоретически чистые алмазы должны быть прозрачными и бесцветными. Алмазы с научной точки зрения подразделяются на два основных типа и несколько подтипов в зависимости от характера имеющихся дефектов и того, как они влияют на поглощение света: [8]

Алмаз I типа имеет в качестве основной примеси атомы азота (N) 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% ювелирных алмазов относятся к типу Ia: эти алмазы относятся к серии Кейп , названной в честь богатого алмазами региона, ранее известного как Капская провинция в Южной Африке , месторождения которого в основном относятся к типу Ia. Если атомы азота рассеяны по кристаллу в изолированных местах (не парных и не сгруппированных), они придают камню интенсивный желтый, а иногда и коричневый оттенок (тип Iб); К этому типу относятся редкие канареечные алмазы, составляющие лишь ~0,1% известных природных алмазов. Синтетический алмаз, содержащий азот, обычно относится к типу Ib. Алмазы типов Ia и Ib поглощают как в инфракрасной , так и в ультрафиолетовой области электромагнитного спектра , от320 нм . Они также имеют характерную флуоресценцию и видимый спектр поглощения. [19]

Алмазы типа II практически не содержат примесей азота. Чистый алмаз (тип IIa) может быть окрашен в розовый, красный или коричневый цвет из-за структурных аномалий, возникающих в результате пластической деформации при росте кристаллов; [20] Эти алмазы редки (1,8% ювелирных алмазов), но составляют большой процент австралийских алмазов. Алмазы типа IIb, на долю которых приходится ~0,1% ювелирных 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 серо-голубых алмазов, добываемых на руднике Аргайл в Австралии, относятся не к типу IIb, а к типу Ia. Эти алмазы содержат большие концентрации дефектов и примесей (особенно водорода и азота), а происхождение их цвета пока неясно. [21] Алмазы типа II слабо поглощают в другой области инфракрасного диапазона (поглощение происходит за счет решетки алмаза, а не примесей) и пропускают в ультрафиолете ниже 225 нм, в отличие от алмазов типа I. Они также имеют разные характеристики флуоресценции, но не имеют заметного видимого спектра поглощения. [19]

Определенные методы улучшения бриллиантов обычно используются для искусственного получения множества цветов, включая синий, зеленый, желтый, красный и черный. Методы улучшения цвета обычно включают облучение , в том числе 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 , сбивая атомы углерода с места и создавая центры окраски . Глубина проникновения цвета зависит от техники и ее продолжительности, а в некоторых случаях алмаз может в некоторой степени оставаться радиоактивным . [8] [22]

Некоторые облученные алмазы совершенно естественны; Одним из известных примеров является Дрезденский зеленый бриллиант . [11] Этим природным камням цвет придается «радиационными ожогами» (естественным облучением альфа-частицами , происходящими из урановой руды ) в виде небольших пятен, обычно глубиной всего лишь несколько микрометров . Кроме того, структурные деформации алмазов типа IIa можно «исправить» с помощью процесса высокого давления и высокой температуры (HPHT), удаляя большую часть или весь цвет алмаза. [23]

Блеск

Россыпь бриллиантов круглой огранки демонстрирует множество отражающих граней.

Блеск алмаза называют «адамантиновым», что просто означает «алмазоподобный» . Отражения на гранях правильно ограненного бриллианта не искажаются благодаря их плоскостности. Показатель преломления алмаза (измеренный с помощью натриевого света ,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 ощутимом огне огранки бриллиантов. Этот огонь — вспышки призматических цветов, видимые в прозрачных камнях, — пожалуй, самое важное оптическое свойство бриллианта с ювелирной точки зрения. Яркость или количество огня, видимого в камне, во многом зависит от выбора огранки бриллианта и связанных с ним пропорций (особенно высоты короны), хотя цвет тела фантазийных (то есть необычных) бриллиантов может в некоторой степени скрывать их огонь. [22]

Более 20 других минералов имеют более высокую дисперсию (то есть разницу показателей 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 (оптика) ). [24] Однако сочетание дисперсности с чрезвычайной твердостью, износостойкостью и химической стойкостью, а также умелый маркетинг определяют исключительную ценность алмаза как драгоценного камня.

флуоресценция

Бриллианты проявляют флуоресценцию , то есть излучают свет различных цветов и интенсивности под действием длинноволнового ультрафиолетового света (365 нм): камни серии Кейп (тип Ia) обычно флуоресцируют синим цветом, и эти камни также могут фосфоресцировать желтым цветом, что является уникальным свойством среди драгоценных камней . . Другие возможные цвета длинноволновой флуоресценции — зеленый (обычно в коричневых камнях), желтый, лиловый или красный (в бриллиантах типа IIb). [25] Природные алмазы обычно практически не реагируют на коротковолновое ультрафиолетовое излучение, но в случае синтетических алмазов наблюдается обратное. Некоторые природные алмазы типа IIb фосфоресцируют синим цветом после воздействия коротковолнового ультрафиолета. У природных алмазов флуоресценция в рентгеновских лучах обычно бывает голубовато-белой, желтоватой или зеленоватой. Некоторые алмазы, особенно канадские, не проявляют флуоресценции. [19] [22]

Происхождение цветов люминесценции часто неясно и неоднозначно. Голубое излучение алмазов типа IIa и IIb надежно идентифицируется с дислокациями путем прямой корреляции излучения с дислокациями в электронном микроскопе . [26] Однако голубое свечение в алмазе типа Ia может быть обусловлено либо дислокациями, либо дефектами N3 (три атома азота, граничащие с вакансией). [27] Зеленое излучение в природном алмазе обычно возникает из-за центра H3 (два замещающих атома азота, разделенных вакансией), [28] тогда как в синтетическом алмазе оно обычно возникает из-за никеля, используемого в качестве катализатора (см. Рисунок). [19] Оранжевое или красное излучение может быть вызвано разными причинами, одной из которых является азотно-вакансионный центр , который присутствует в достаточных количествах во всех типах алмазов, даже в типе IIb. [29]

Оптическое поглощение

Бриллианты мысовой серии (Ia) имеют видимый спектр поглощения (как видно через спектроскоп прямого видения ), состоящий из тонкой линии фиолетового цвета на415,5 нм ; однако эта линия часто невидима до тех пор, пока алмаз не охладится до очень низких температур. С этим связаны более слабые линии на478 нм ,465 нм ,452 нм ,435 нм и423 нм . Все эти линии обозначены как оптические центры N3 и N2 и связаны с дефектом, состоящим из трех атомов азота, граничащих с вакансией. На других камнях имеются дополнительные полосы: у коричневых, зеленых или желтых бриллиантов имеется зеленая полоса в точке.504 нм (центр H3, см. выше), [28] иногда сопровождающийся двумя дополнительными слабыми полосами при537 нм и495 нм (центр H4, крупный комплекс, предположительно содержащий 4 атома азота замещения и 2 вакансии решетки). [30] Алмазы типа IIb могут поглощать дальний красный цвет из-за замещающего бора, но в остальном не имеют наблюдаемого видимого спектра поглощения. [8]

Геммологические лаборатории используют спектрофотометры , которые могут различать природные, искусственные и улучшенные по цвету алмазы . Спектрофотометры анализируют инфракрасные , видимые и ультрафиолетовые спектры поглощения и люминесценции алмазов, охлажденных жидким азотом, для обнаружения контрольных линий поглощения, которые обычно не различимы. [8] [31]

Электрические свойства

Алмаз является хорошим электроизолятором , его удельное сопротивление составляетот 100 ГОм⋅м до1 ЭОм⋅м [32] (1,0 × 10 11 –1,0 × 10 18  Ом⋅м ) и известен своей широкой запрещенной зоной 5,47 эВ. Важными характеристиками алмаза также являются высокая подвижность носителей [33] и сильное поле электрического пробоя [34] при комнатной температуре. Эти характеристики позволяют монокристаллическому алмазу быть одним из перспективных материалов для полупроводников . [ необходимы разъяснения ] Широкая запрещенная зона является преимуществом в полупроводниках, поскольку позволяет им поддерживать высокое удельное сопротивление даже при высокой температуре, что важно для приложений с высокой мощностью. Полупроводники с высокой подвижностью носителей, такие как алмаз, легче использовать в промышленности, поскольку им не требуется высокое входное напряжение. Высокое напряжение пробоя позволяет избежать внезапного возникновения огромного тока при типичных входных напряжениях.

Большинство природных голубых алмазов являются исключением и являются полупроводниками из-за примесей бора , замещающих атомы углерода. Природные голубые или серо-голубые алмазы, распространенные на алмазном руднике Аргайл в Австралии, богаты водородом ; эти алмазы не являются полупроводниками, и неясно, действительно ли водород отвечает за их серо-голубой цвет. [21] Природные голубые алмазы, содержащие бор, и синтетические алмазы, легированные бором, являются полупроводниками p-типа . Алмазные пленки N-типа воспроизводимо синтезируются путем легирования фосфором во время химического осаждения из паровой фазы . [35] Диодные pn-переходы и УФ-светодиоды ( светодиоды , при235 нм ) были получены путем последовательного осаждения слоев p-типа (легированных бором) и n-типа (легированных фосфором). [36] Электронные свойства алмаза также можно модулировать с помощью деформационной инженерии . [1]

Выпущены алмазные транзисторы (в исследовательских целях). [37] В январе 2024 года японская исследовательская группа изготовила МОП-транзистор с использованием легированного фосфором алмаза n-типа, который будет иметь превосходные характеристики по сравнению с кремниевой технологией в высокотемпературных, высокочастотных приложениях или приложениях с высокой подвижностью электронов. [38] Были изготовлены полевые транзисторы с диэлектрическими слоями SiN и SC-FET. [39]

В апреле 2004 года исследование, опубликованное в журнале Nature, сообщило, что ниже4  K синтетический алмаз, легированный бором, является объемным сверхпроводником. [40] Позже сверхпроводимость наблюдалась в пленках, сильно легированных бором, выращенных различными методами химического осаждения из паровой фазы , а самая высокая зарегистрированная температура перехода (к 2009 году) составила11,4 К. [41] [42] (См. также Ковалентный сверхпроводник#Алмаз )

Необычные магнитные свойства (состояние спинового стекла) наблюдались в нанокристаллах алмаза, интеркалированных калием. [43] В отличие от парамагнитного материала-хозяина, измерения магнитной восприимчивости интеркалированного наноалмаза выявили отчетливое ферромагнитное поведение при5 К. Это существенно отличается от результатов интеркаляции калия в графит или фуллерен C60 и показывает, что sp3-связь способствует магнитному упорядочению в углероде. Измерения представили первое экспериментальное свидетельство интеркаляционно-индуцированного состояния спинового стекла в нанокристаллической алмазной системе.

Теплопроводность

В отличие от большинства электрических изоляторов, алмаз является хорошим проводником тепла из-за сильной ковалентной связи и низкого рассеяния фононов . 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 у углеродных нанотрубок, так и у графена. [44] [45] Поскольку алмаз обладает такой высокой теплопроводностью, он уже используется в производстве полупроводников для предотвращения перегрева кремния и других полупроводниковых материалов. При более низких температурах проводимость становится еще лучше и достигает 41 000 Вт/(м·К) при 104 К (-169 °C; -272 °F) ( алмаз, обогащенный 12 C). [45]

Высокая теплопроводность алмазов 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 в тонком медном наконечнике. Один термистор действует как нагревательное устройство, а другой измеряет температуру медного наконечника: если испытуемый камень является алмазом, 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 , представленной в 1998 году в качестве альтернативы алмазам, которая имеет аналогичную теплопроводность. [8] [31]

Технологически высокая теплопроводность алмаза используется для эффективного отвода тепла в современной силовой электронике. Алмаз особенно привлекателен в ситуациях, когда электропроводность теплоотводящего материала недопустима, например, для управления температурным режимом мощных радиочастотных ( РЧ ) микрокатушек , которые используются для создания сильных и локальных радиочастотных полей. [46]

Термическая стабильность

Алмаз и графит — это две аллотропы углерода: чистые формы одного и того же элемента, различающиеся по структуре.

При нагревании на воздухе выше 700 °C (1292 °F) алмаз, будучи формой углерода, окисляется, и его поверхность чернеет, но поверхность можно восстановить путем повторной полировки. [47] В отсутствие кислорода, например, в потоке высокочистого аргона , алмаз можно нагреть примерно до1700 °С . [48] ​​[49] При высоком давлении (~ 20 ГПа (2 900 000 фунтов на квадратный дюйм)) алмаз можно нагреть до 2500 ° C (4530 ° F), [50] и в отчете, опубликованном в 2009 году, предполагается, что алмаз может выдерживать температуры до 3000 °C. °C (5430 °F) и выше. [51]

Алмазы — это кристаллы углерода , которые образуются при высоких температурах и экстремальном давлении, например, глубоко в недрах Земли. При приземном давлении воздуха (одна атмосфера) алмазы не так стабильны, как графит , поэтому распад алмаза термодинамически выгоден (δ H  = −2 кДж/моль ). [22] Однако из-за очень большого кинетического энергетического барьера алмазы метастабильны ; они не распадаются на графит при нормальных условиях . [22]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Аб Данг, Чаокун; и другие. (1 января 2021 г.). «Достижение большой однородной эластичности при растяжении в микрообработанном алмазе». Наука . 371 (6524): 76–78. Бибкод : 2021Sci...371...76D. дои : 10.1126/science.abc4174 . ПМИД  33384375.
  2. ^ Банерджи, Амит; и другие. (20 апреля 2018 г.). «Сверхбольшая упругая деформация наноразмерного алмаза». Наука . 360 (6386): 300–302. Бибкод : 2018Sci...360..300B. дои : 10.1126/science.aar4165 . ПМИД  29674589.
  3. ^ Лидделл, ХГ; Скотт, Р. «Адамас». Греко-английский лексикон . Проект Персей .
  4. ^ Инженер, Павел Бразда, Dpl (1 февраля 2006 г.). «Трудный выбор: алмаз или CBN? | Журнал Gear Solutions — ваш ресурс для индустрии зубчатых передач» . Проверено 25 мая 2023 г.
  5. ^ аб Бланк, В.; Попов, М.; Пивоваров Г.; Львова Н.; и другие. (1998). «Сверхтвердые и сверхтвердые фазы фуллерита С60: сравнение с алмазом по твердости и износу». Алмаз и родственные материалы . 7 (2–5): 427. Бибкод : 1998DRM.....7..427B. CiteSeerX 10.1.1.520.7265 . дои : 10.1016/S0925-9635(97)00232-X. 
  6. ^ Ирифунэ, Т.; Курио, А.; Сакамото, С.; Иноуэ, Т.; и другие. (2003). «Сверхтвердый поликристаллический алмаз из графита». Природа . 421 (6923): 599–600. Бибкод : 2003Natur.421..599I. дои : 10.1038/421599b. PMID  12571587. S2CID  52856300.
  7. ^ Рассказывать, Р.Х.; Пикард, CJ; Пейн, MC; Филд, Дж. Э. (2000). «Теоретическая прочность и расщепление алмаза». Письма о физических отзывах . 84 (22): 5160–5163. Бибкод : 2000PhRvL..84.5160T. doi : 10.1103/PhysRevLett.84.5160. ПМИД  10990892.
  8. ^ abcdefghi Рид, PG (1999). Геммология (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. стр. 52, 53, 275, 276. ISBN. 978-0-7506-4411-2.
  9. ^ Пан, Цзычэн; Сунь, Хун; Чжан, И; Чен, Чанфэн (2009). «Тверже алмаза: превосходная прочность на вдавливание вюрцита BN и лонсдейлита». Письма о физических отзывах . 102 (5): 055503. Бибкод : 2009PhRvL.102e5503P. doi : 10.1103/PhysRevLett.102.055503. ПМИД  19257519.
    • Лиза Зыга (12 февраля 2009 г.). «Ученые обнаружили материал тверже алмаза». Физика.орг .
  10. ^ Хансен, Джо; Коппертуэйт, Р.Г.; Дерри, штат Техас; Пратт, Дж. М. (1989). «Тензиометрическое исследование граней Алмаза (111) и (110)». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 130 (2): 347–358. Бибкод : 1989JCIS..130..347H. дои : 10.1016/0021-9797(89)90114-8.
  11. ^ аб Харлоу, GE (1998). Природа алмазов. Издательство Кембриджского университета. стр. 112, 223. ISBN. 978-0-521-62935-5.
  12. ^ Лаборатория действий. «Можно ли разбить алмаз молотком?». YouTube . Архивировано из оригинала 16 ноября 2021 г. Проверено 14 июня 2020 г.
  13. ^ Вебер, MJ (2002). Справочник по оптическим материалам . ЦРК Пресс. п. 119. ИСБН 978-0-8493-3512-9.
  14. ^ Филд, Дж. Э.; Фриман, CJ (1981). «Прочность и разрушаемость алмаза». Философский журнал А. 43 (3): 595–618. Бибкод : 1981PMagA..43..595F. дои : 10.1080/01418618108240397.
  15. ^ Мориёси, Ю.; Камо, М.; Сетака, Н.; Сато, Ю. (1983). «Микроструктура природного поликристаллического алмаза, карбонадо и балласов». Журнал материаловедения . 18 (1): 217–224. Бибкод : 1983JMatS..18..217M. дои : 10.1007/BF00543828. S2CID  135628997.
  16. ^ Якубовский, К.; Адриансенс, Г.Дж. (2002). «Комментарий к статье «Доказательства существования дефектного центра, связанного с Fe, в алмазе»» (PDF) . Физический журнал: конденсированное вещество . 14 (21): 5459. Бибкод : 2002JPCM...14.5459I. дои : 10.1088/0953-8984/14/21/401. S2CID  250752181.
  17. ^ Тейлор, WR; Линтон, Эй Джей; Ридд, М. (1990). «Агрегация азотных дефектов в некоторых австралийских алмазах: временные и температурные ограничения в исходных регионах трубочных и аллювиальных алмазов» (PDF) . Американский минералог . 75 : 1290–1310.
  18. ↑ Воган, Тим (2 ноября 2012 г.). «Улучшенная ячейка с алмазными наковальнями обеспечивает более высокое давление». Мир физики . Проверено 8 декабря 2014 г.
  19. ^ abcd Уокер, Дж. (1979). «Оптическое поглощение и люминесценция в алмазе» (PDF) . Реп. прог. Физ . 42 (10): 1605–1659. Бибкод : 1979RPPH...42.1605W. CiteSeerX 10.1.1.467.443 . дои : 10.1088/0034-4885/42/10/001. S2CID  250857323. 
  20. ^ Хаунсом, LS; Джонс, Р.; Мартино, П.; Фишер, Д.; и другие. (2006). «Происхождение коричневого цвета алмаза». Физ. Преподобный Б. 73 (12): 125203. Бибкод : 2006PhRvB..73l5203H. doi : 10.1103/PhysRevB.73.125203.
  21. ^ аб Якубовский, К.; Адриансенс, Г.Дж. (2002). «Оптическая характеристика природных алмазов Аргайл» (PDF) . Алмаз и родственные материалы . 11 (1): 125. Бибкод : 2002DRM....11..125I. дои : 10.1016/S0925-9635(01)00533-7.
  22. ^ abcde Вебстер, Р.; Рид, ПГ (2000). Драгоценные камни: их источники, описание и идентификация . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-1674-4.
  23. ^ Коллинз, AT; Коннор, А.; Ли, К.; Шариф, А.; Копье, премьер-министр (2005). «Высокотемпературный отжиг оптических центров в алмазе I типа». Журнал прикладной физики . 97 (8): 083517–083517–10. Бибкод : 2005JAP....97h3517C. дои : 10.1063/1.1866501.
  24. ^ Шуман, Уолтер (2009). Драгоценные камни мира (4-е изд.). Стерлинг. п. 42. ИСБН 978-1-4027-6829-3.
  25. ^ Итон-Маганья, С.; Пост, Дж. Э.; Хини, Пи Джей; Фрейтас, Дж.; и другие. (2008). «Использование фосфоресценции как отпечатка пальца для Хоупа и других голубых бриллиантов». Геология (аннотация). 36 (1): 83–86. Бибкод : 2008Geo....36...83E. дои : 10.1130/G24170A.1.
  26. ^ Хэнли, Польша; Кифлави, И.; Ланг, Арканзас (1977). «О топографически идентифицируемых источниках катодолюминесценции в природных алмазах». Фил. Пер. Рой. Соц. А.​ 284 (1324): 329–368. Бибкод : 1977RSPTA.284..329H. дои : 10.1098/rsta.1977.0012. JSTOR  74759. S2CID  120959202.
  27. ^ ван Вик, JA (1982). «Сверхтонкое взаимодействие углерода-12 уникального углерода P2 (ЭПР) или N3 (оптического) центра в алмазе». Журнал физики C: Физика твердого тела . 15 (27): Л981–Л983. Бибкод : 1982JPhC...15L.981V. дои : 10.1088/0022-3719/15/27/007.
  28. ^ Аб Дэвис, Г.; Назаре, Миннесота; Хамер, МФ (1976). «Вибронная лента H3 (2,463 эВ) в алмазе: эффекты одноосного напряжения и нарушение зеркальной симметрии». Труды Королевского общества А. 351 (1665): 245. Бибкод : 1976RSPSA.351..245D. дои : 10.1098/rspa.1976.0140. S2CID  93034755.
  29. ^ Фрейтас, JA; Кляйн, ПБ; Коллинз, AT (1993). «Наблюдение новой полосы вибронной люминесценции в полупроводниковом алмазе». Электронные письма . 29 (19): 1727–1728. Бибкод : 1993ElL....29.1727F. дои : 10.1049/эл: 19931148.
  30. ^ 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. Бибкод : 1977RSPSA.357..231S. дои : 10.1098/rspa.1977.0165. S2CID  98842822.
  31. ^ Аб О'Донохью, М.; Джойнер, Л. (2003). Идентификация драгоценных камней . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-5512-5.
  32. ^ Фроментен, Сара (2004). Гленн Элерт (ред.). «Удельное сопротивление углерода, алмаза». Справочник по физике . Проверено 30 декабря 2011 г.
  33. ^ Исберг, Ян; Хаммерсберг, Йохан; Йоханссон, Эрик; Викстрем, Тобиас; Твитчен, Дэниел Дж.; Уайтхед, Эндрю Дж.; Коу, Стивен Э.; Скарсбрук, Джеффри А. (6 сентября 2002 г.). «Высокая подвижность носителей заряда в монокристаллическом плазменно-осажденном алмазе». Наука . 297 (5587): 1670–1672. Бибкод : 2002Sci...297.1670I. дои : 10.1126/science.1074374. ISSN  0036-8075. PMID  12215638. S2CID  27736134.
  34. ^ Вольпе, Пьер-Николя; Мюре, Пьер; Перно, Жюльен; Омнес, Франк; Тераджи, Токуюки; Жомар, Франсуа; Плансон, Д.; Бросселар, Пьер; Дейи, Николя; Вернь, Бертран; Шарнхольц, Сиго (сентябрь 2010 г.). «Диоды Шоттки с высоким пробивным напряжением, синтезированные на CVD-слое алмаза p-типа». Физический статус Солиди А. 207 (9): 2088–2092. Бибкод : 2010PSSAR.207.2088V. дои : 10.1002/pssa.201000055. S2CID  122210971.
  35. ^ Коидзуми, С.; Небель, CE; Несладек, М. (2008). Физика и применение CVD-алмаза . Вайли ВЧ. стр. 200–240. ISBN 978-3-527-40801-6.
  36. ^ Коидзуми, С.; Ватанабэ, К.; Хасэгава, М.; Канда, Х. (2001). «Ультрафиолетовое излучение алмазного pn-перехода». Наука . 292 (5523): 1899–1901. Бибкод : 2001Sci...292.1899K. дои : 10.1126/science.1060258. PMID  11397942. S2CID  10675358.
  37. ^ Гейс, М.В. (1991). «Производство и изготовление алмазных транзисторов». Труды IEEE . 79 (5): 669–676. Бибкод : 1991IEEP..79..669G. дои : 10.1109/5.90131.
  38. ^ Ляо, Мэйюн; Сунь, Хуаньин; Коидзуми, Сатоши (19 января 2024 г.). «Высокотемпературные и высокоподвижные электроны полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник на основе алмаза N-типа». Передовая наука : e2306013. дои : 10.1002/advs.202306013. ПМЦ 10987156 . ПМИД  38243629. 
  39. ^ Ван, В.; Ху, К.; Ли, С.Ю.; Ли, ФН; Лю, ZC; Ван, Ф.; Фу, Дж.; Ван, HX (2015). «Полевые транзисторы на основе алмазов с циркониевым затвором и диэлектрическими слоями SiNx». Журнал наноматериалов . 2015 : 1–5. дои : 10.1155/2015/124640 .
  40. ^ 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 . Бибкод : 2004Natur.428..542E. дои : 10.1038/nature02449. PMID  15057827. S2CID  4423950.
  41. ^ Такано, Ю.; Такэнучи, Т.; Исии, С.; Уэда, С.; и другие. (2007). «Сверхпроводящие свойства гомоэпитаксиального CVD-алмаза». Алмаз и родственные материалы . 16 (4–7): 911–914. Бибкод : 2007DRM....16..911T. дои : 10.1016/j.diamond.2007.01.027. S2CID  95904362.
  42. ^ Такано, Ю. (2006). «Обзор». наук. Технол. Адв. Мэтр . 7 (С1): С1. Бибкод : 2006STAdM...7S...1T. дои : 10.1016/j.stam.2006.06.003 .
  43. ^ Козлов, М.Э.; Уве, Х.; Токумото, М.; Якуши, К. (1997). «Спиновое стекло нанокристаллического алмаза, интеркалированного калием». Физический журнал: конденсированное вещество . 9 (39): 8325. Бибкод : 1997JPCM....9.8325K. дои : 10.1088/0953-8984/39.09.016. S2CID  250794215.
  44. ^ Энтони, ТР; Банхольцер, ВФ; Флейшер, Дж. Ф.; Вэй, Ланьхуа; и другие. (1990). «Теплопроводность изотопно-обогащенного алмаза 12 С». Физический обзор B . 42 (2): 1104–1111. Бибкод : 1990PhRvB..42.1104A. дои : 10.1103/PhysRevB.42.1104. ПМИД  9995514.
  45. ^ Аб Вэй, Ланьхуа; Куо, ПК; Томас, РЛ; Энтони, ТР; Банхольцер, ВФ (1993). «Теплопроводность изотопно-модифицированного монокристаллического алмаза». Письма о физических отзывах . 70 (24): 3764–3767. Бибкод : 1993PhRvL..70.3764W. doi : 10.1103/PhysRevLett.70.3764. ПМИД  10053956.
  46. ^ Херб, Константин; Зопес, Джонатан; Куджиа, Кристиан; Деген, Кристиан (2020). «Широкополосный радиочастотный передатчик для быстрого управления спином ядра». Обзор научных инструментов . 91 (11): 113106. arXiv : 2005.06837 . Бибкод : 2020RScI...91k3106H. дои : 10.1063/5.0013776. PMID  33261455. S2CID  227252470.
  47. ^ Джон, П.; Полварт, Н.; Труппа, CE; Уилсон, ДЖИБ (2002). «Окисление алмаза с текстурой (100)». Алмаз и родственные материалы . 11 (3–6): 861. Бибкод : 2002DRM....11..861J. дои : 10.1016/S0925-9635(01)00673-2.
  48. ^ Дэвис, Г.; Эванс, Т. (1972). «Графитизация алмаза при нулевом давлении и при высоком давлении». Труды Королевского общества А. 328 (1574): 413–427. Бибкод : 1972RSPSA.328..413D. дои : 10.1098/rspa.1972.0086. S2CID  95824419.
  49. ^ Эванс, Т.; Джеймс, П.Ф. (1964). «Исследование превращения алмаза в графит». Труды Королевского общества А. 277 (1369): 260–269. Бибкод : 1964RSPSA.277..260E. дои : 10.1098/rspa.1964.0020. S2CID  137885339.
  50. ^ Эванс, Т.; Ци, З.; Магуайр, Дж. (1981). «Стадии агрегации азота в алмазе». Журнал физики C: Физика твердого тела . 14 (12): Л379. Бибкод : 1981JPhC...14L.379E. дои : 10.1088/0022-3719/14/12/005.
  51. ^ Шацкий, А.; Ямадзаки, Д.; Морар, Г.; Курей, Т.; Мацузаки, Т.; Хиго, Ю.; Фунакоши, К.; Сумия, Х.; Ито, Э.; Кацура, Т. (2009). «Алмазный нагреватель, легированный бором, и его применение для экспериментов большого объема, высокого давления и высокой температуры». Преподобный учёный. Инструмент . 80 (2): 023907–023907–7. Бибкод : 2009RScI...80b3907S. дои : 10.1063/1.3084209. ПМИД  19256662.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки