Umělé diamanty

Umělé diamanty jsou průmyslově vyráběny již celé půlstoletí. Až donedávna znikaly tímto způsobem pouze velmi malé diamanty vhodné pro průmyslové využití. Nová technologie americké firmy Gemesis slibuje diamanty ve šperkařské kvalitě a velikosti za čtvrtinovou cenu přírodní suroviny.

Tyto žluté umělé diamanty jsou ukázkou produkce firmy Gemesis.

Diamantový náhrdelník nebo briliantové náušnice byly vždy symbolem bohatství a přepychu. Diamanty jsou v přírodě velmi vzácné a v broušené podobě jsou nesporně nejkrásnější ze všech drahokamů.

Člověk objevil krásu diamantu již před mnoha tisíci let, když narazil na náhodně vyplavené exempláře přímo na zemském povrchu. Již tehdy obdivoval jeho tajuplný třpyt a tvrdost. Ostatně samo slovo diamant je odvozeno od řeckého adamas, což znamená nepoddajný.

Antický spisovatel Plinius starší napsal ve svém díle Historia naturalis, že diamant je silnější než oheň a zničit ho může jen teplá kozí krev. Nebyla to zřejmě jediná pověst, která se s tajuplným drahokamem spojovala. Teprve moderní doba uvedla tyto představy na pravou míru.

Pověst o ohnivzdornosti diamantu vyvrátil přesvědčivě pařížský chemik Lavoisier při veřejném experimentu v roce 1785. Na náměstí nechal postavit dřevěnou konstrukci s dvěma čočkami. S jejich pomocí koncentroval sluneční paprsky na diamant v uzavřené skleněné baňce. Nepoddajný nerost v okamžiku zmizel a zůstala jen nepatrná hromádka čehosi černého. Lavoisier správně vyvodil, že diamant se při hoření sloučil se vzdušným kyslíkem a černý zbytek je nespálený uhlík, tedy saze.

Umělé diamanty

Když lze diamant přeměnit v jinou formu uhlíku, proč by nešlo vyvolat opačnou reakci a vyrobit tak diamanty umělou cestou? Tuto otázku si odborníci kladli brzy po zjištění chemické podstaty diamantu, avšak na její praktické prověření museli čekat ještě dalších sto let. V roce 1892 vystavil francouzský chemik Henri Moissan uhlík vysokému tlaku a současně jej zahříval v elektrické peci na teplotu 3500 °C. Po delší době skutečně vykrystalizovaly drobounké diamanty. Moisanův pokus probudil značné naděje chemiků i obchodníků. Tehdejší technické možnosti však ještě neumožňovaly průmyslové využití nové metody.

Dnes víme, že k tomu, aby atomy uhlíku vytvořily ve vznikajícím krystalu správnou strukturu, která dodává diamantu jeho pevnost, musí se zahřívat na teplotu 1000 - 1500 °C při tlaku 53 000 až 100 000 barů. Takové poměry panovaly v hlubinách zemského pláště, když v něm před miliony let zhruba 130 až 700 kilometrů pod povrchem vznikaly přírodní diamanty. Za jiných okolností vytváří uhlík nerosty se zcela odlišnou vnitřní strukturou, například grafit. V něm jsou atomy uspořádány ve vrstvách a výsledkem je měkký materiál vhodný například k výrobě tužek.

Průmyslová výroba diamantů

První firma, která v roce 1954 zahájila průmyslovou výrobu syntetických diamantů, byla General Electric. Výchozí surovina, grafit ve směsi s železem, niklem nebo chromem, se zahřívala na 1500 °C při tlaku 53 000 barů. Po určité době se atomy uhlíku uvolňovaly a krystalizovaly na nosné vrstvě. Takto vzniklé diamanty měly pouze milimetrové rozměry a nehodily se ke klenotnickým účelům. Jako průmyslové diamanty však nacházely uplatnění ve vrtných soupravách nebo při řezání tvrdých materiálů.

V následujících desetiletích vyvinuli ruští inženýři vlastní technologii výroby umělých diamantů pro zbrojní a kosmické účely. Výchozím materiálem byl opět grafit s kovovou taveninou, avšak poprvé se jako krystalizačního jádra začalo využívat drobounkých zrnek přírodních diamantů. Po několika týdnech při tlaku 80 000 barů a teplotě 2000 °C získali Rusové podstatně větší exempláře než jejich konkurenti z General Electric. Ve vývoji pokračují i v současné době a v roce 2001 vyrobili největší umělý diamant na světě o váze šesti karátů.

Umělé diamanty k nerozeznání od přírodních

Floridská firma Gemesis začala používat postup, při němž dokáže během tří dní vyrobit tříkarátové diamanty o velmi vysoké čistotě. I v tomto případě používá jako krystalizační jádro drobné částečky přírodních diamantů. Takto vzniklé umělé diamanty jsou vhodné i pro klenotnické účely. Výrobní cena je proti přírodním diamantům zhruba čtvrtinová. Zatímco diamant o váze jednoho karátu (0,2 gramu) stojí zhruba 10 000 eur, můžete stejně velký diamant od firmy Gemesis koupit za pouhých 2400 eur. Od přírodních je lze rozeznat jen velmi obtížně.

Technici firmy Gemesis chtějí svou metodu dále zdokonalovat a vyrábět diamanty větších rozměrů a různých barev. Například žluté diamanty vzniknou, když se do výchozí suroviny přidají atomy dusíku, bór dodává modravé zabarvení. Výroba se stále rozšiřuje a již brzy má být v provozu 250 diamantových pecí. Protože na syntéze diamantů intenzivně pracují i další firmy, očekávají experti, že hromadná výroba umělých diamantů v dohledné době výrazně otřese stávajícími cenami na světových trzích.

Technické využití pro umělé diamanty

Šperky jsou však jen jednou stránkou věci. Levnější diamanty mohou výrazně ovlivnit řadu technických odvětví. Například výrobu výkonnějších a přesnějších laserů pro chirurgické i další účely. Počítačový průmysl již pomýšlí na novou generaci diamantových čipů, u nichž by základem byla tenká vrstva tvořená diamantem. Takový čip by byl mnohem odolnější vůči vysokým teplotám i dalším vnějším vlivům. Americká firma Apollo Diamond chce k tomuto účelu využít nové napařovací metody CVD (Chemical Vapour Deposition), při níž by diamantová vrstva vznikala za nízkých tlaků. Výchozí surovinou je směs metanu a vodíku zahřátá mikrovlnným zářením na velmi vysokou teplotu. Látka při tom přechází do skupenství plazmy a z takto upravené směsi se poté na nosné vrstvě vytváří krystalická struktura diamantu. Během několika hodin může dosáhnout síly lidského vlasu. S použitím postupu vyvinutého v německém Augsburgu lze v takto vznikající diamantové vrstvě řídit uspořádání jednotlivých zrnek diamantu, aby spolu tvořily jednolitý celek umožňující nerušený průchod elektrických impulzů. Na iridiové nosné vrstvě se podařilo vytvořit diamantovou plochu o velikosti lidského nehtu sdružující miliardu drobných zrnek v jeden pseudokrystal. S použitím diamantových čipů se do budoucnosti počítá například v jaderném nebo kosmickém průmyslu.

Další články

Černé perly z atolů Tichého oceánu.
Barvy nejen diamantů ovlivňují naši náladu.
Vodík, prvek budoucnosti.
Tlak je fyzikální veličina, s jejímiž účinky se setkáváme na každém kroku.

Nová technologie slibuje diamanty ve šperkařské kvalitě a velikosti za čtvrtinovou cenu přírodní suroviny.

Informační stránky Yin.cz Jak Google využívá data, když používáte weby nebo aplikace našich partnerů