Муассанит ( / ˈ m ɔɪ s ə ˌ n aɪ t / ) [5] представляет собой природный карбид кремния и его различные кристаллические полиморфы . Он имеет химическую формулу SiC и является редким минералом , открытым французским химиком Анри Муассаном в 1893 году. Карбид кремния полезен для коммерческого и промышленного применения благодаря своей твердости , оптическим свойствам и теплопроводности .
Минерал муассанит был открыт Анри Муассаном при исследовании образцов горных пород из метеоритного кратера , расположенного в каньоне Диабло , штат Аризона , в 1893 году. Сначала он ошибочно идентифицировал кристаллы как алмазы , но в 1904 году он идентифицировал кристаллы как карбид кремния. [6] [7] Искусственный карбид кремния был синтезирован в лаборатории Эдвардом Г. Ачесоном в 1891 году, всего за два года до открытия Муассан. [8]
Минеральная форма карбида кремния позже была названа в честь Муасана.
В природном виде муассанит встречается очень редко. До 1950-х годов не было обнаружено никакого другого источника муассанита, кроме как в виде пресолнечных зерен в углистых хондритовых метеоритах [9] . Затем, в 1958 году, муассанит был обнаружен в верхней мантии формации Грин-Ривер в Вайоминге , а в следующем году - в виде включений в ультраосновной породе кимберлита из алмазного рудника в Якутии на Дальнем Востоке России. [10] Однако существование муассанита в природе было подвергнуто сомнению еще в 1986 году американским геологом Чарльзом Мильтоном. [11]
Открытия показывают, что он встречается в природе в виде включений в алмазах, ксенолитах и других ультраосновных породах, таких как лампроит . [12]
Анализ зерен карбида кремния, обнаруженных в метеорите Мерчисон, выявил аномальные изотопные соотношения углерода и кремния, указывающие на внеземное происхождение из-за пределов Солнечной системы . [13] 99% этих зерен карбида кремния возникают вокруг богатых углеродом звезд асимптотической ветви гигантов . Карбид кремния обычно встречается вокруг этих звезд, о чем свидетельствуют их инфракрасные спектры . [14] Открытие карбида кремния в метеорите Каньон Диабло и других местах было отложено на долгое время, поскольку загрязнение карборундом (SiC) произошло из-за искусственных абразивных инструментов . [12]
Кристаллическая структура скреплена прочными ковалентными связями, подобными алмазам, [6] что позволяет муассаниту выдерживать высокие давления до 52,1 гигапаскаля . [6] [15] Цвета широко варьируются и оцениваются от D до K по шкале оценки цвета бриллианта . [16]
Сегодня во всех применениях карбида кремния используется синтетический материал , поскольку природный материал очень редок.
Идея о том, что связь кремний-углерод действительно может существовать в природе, была впервые предложена шведским химиком Йонсом Якобом Берцелиусом еще в 1824 году (Berzelius 1824). [17] В 1891 году Эдвард Гудрич Ачесон добыл жизнеспособные минералы, которые могли заменить алмаз в качестве абразивного и режущего материала. [18] Это было возможно, поскольку муассанит является одним из самых твердых известных веществ, его твердость чуть ниже твердости алмаза и сравнима с твердостью кубического нитрида бора и бора . Чистый синтетический муассанит также может быть изготовлен путем термического разложения прекерамического полимера поли(метилсилина) , не требующего связующей матрицы, например, порошка металлического кобальта.
Монокристаллический карбид кремния в определенных формах использовался для изготовления высокопроизводительных полупроводниковых приборов. Поскольку природные источники карбида кремния редки, и только определенное расположение атомов полезно для геммологических применений, компания Cree Research, Inc. , базирующаяся в Северной Каролине, основанная в 1987 году, разработала коммерческий процесс производства крупных монокристаллов карбида кремния. Cree является мировым лидером в производстве монокристаллического карбида кремния, в основном для использования в электронике. [19]
В 1995 году компания C3 Inc., возглавляемая Чарльзом Эриком Хантером, основала Charles & Colvard для продвижения муассанита ювелирного качества. Charles & Colvard была первой компанией, которая производила и продавала синтетический муассанит по патенту США US5723391 A, впервые зарегистрированному компанией C3 Inc. в Северной Каролине. [20]
Муассанит был представлен на ювелирном рынке в качестве альтернативы алмазам в 1998 году после того, как компания Charles & Colvard (ранее известная как C3 Inc.) получила патенты на создание и продажу выращенных в лаборатории драгоценных камней из карбида кремния, став первой фирмой, сделавшей это. К 2018 году срок действия всех патентов на оригинальный процесс во всем мире истек. [21] [22] [23] Charles & Colvard в настоящее время производит и распространяет украшения с муассанитом и отдельные драгоценные камни под торговыми марками Forever One , Forever Brilliant и Forever Classic . [24] Другие производители продают драгоценные камни из карбида кремния под торговыми марками, такими как Amora .
По шкале твердости минерала Мооса (верхний предел — 10 — алмаз) муассанит оценивается как 9,25. [4] В качестве альтернативы алмазу муассанит имеет некоторые оптические свойства, превосходящие свойства алмаза. Он позиционируется как более дешевая альтернатива алмазам, которая не требует дорогостоящих методов добычи, используемых для добычи природных алмазов. Поскольку некоторые из его свойств очень похожи на алмаз, муассанит может использоваться в качестве подделки алмаза. В частности , испытательное оборудование, основанное на измерении теплопроводности , может давать результаты, аналогичные алмазу. В отличие от алмаза, муассанит обладает термохромизмом : постепенное его нагревание приводит к временному изменению цвета, начиная с температуры около 65 °C (150 °F). Более практичным тестом является измерение электропроводности , которое покажет более высокие значения для муассанита. Муассанит обладает двойным лучепреломлением (т. е. свет, проходящий через материал, разделяется на отдельные лучи, которые зависят от поляризации источника), что можно легко увидеть, а алмаз — нет. [25]
Благодаря своей твердости его можно использовать в экспериментах под высоким давлением в качестве замены алмаза (см. Ячейку с алмазной наковальней ). [6] Поскольку крупные алмазы обычно слишком дороги, чтобы их можно было использовать в качестве наковальни, в экспериментах большого объема чаще используют муассанит. Синтетический муассанит также интересен для электронных и термических применений, поскольку его теплопроводность аналогична теплопроводности алмазов. [15] Ожидается, что мощные электронные устройства из карбида кремния найдут применение при разработке схем защиты, используемых для двигателей, приводов , а также систем хранения энергии или импульсных систем питания. [26] Он также проявляет термолюминесценцию , [27] что делает его полезным в радиационной дозиметрии . [28]
СМИ, связанные с муассанитом, на Викискладе?