تقنية ثورية: علماء يطورون طريقة لتصنيع الماس في دقائق بدلاً من مليارات السنين

ابتكر العلماء تقنية جديدة لإنتاج الألماس صناعياً تستغرق أقل من 3 ساعات في المعمل وتحت ظروف الضغط الجوي العادية، وهو ما يعد تطوراً هائلاً في الصناعة.

يستغرق الألماس الطبيعي مليارات السنين ليتشكل تحت الضغوط ودرجات الحرارة الشديدة في أعماق الأرض. يمكن إنتاج الأشكال الاصطناعية بشكل أسرع بكثير، لكنها تتطلب عادةً بعض السحق المكثف لمدة تصل إلى عدة أسابيع.

وتعتمد الطريقة الجديدة على مزيج من المعادن السائلة يمكنها إخراج الماس الاصطناعي في غضون دقائق، دون الحاجة إلى ضغط كبير، بحسب الدراسة التي نشرت في مجلة “Nature”.

وفي حين أن درجات الحرارة المرتفعة لا تزال مطلوبة، في حدود 1025 درجة مئوية أو 1877 درجة فهرنهايت، تم تشكيل فيلم الماس المستمر في 150 دقيقة، وعند 1 ضغط جوي (أو ضغط الغرفة العادية). وهذا يعادل الضغط الذي نشعر به عند مستوى سطح البحر، وهو أقل بعشرات الآلاف من المرات من الضغط المطلوب عادة.

الفريق الذي يقف وراء هذا النهج المبتكر، بقيادة باحثين من معهد العلوم الأساسية في كوريا الجنوبية، واثق من إمكانية توسيع نطاق العملية لإحداث فرق كبير في إنتاج الماس الاصطناعي.

إن إذابة الكربون إلى معدن سائل لتصنيع الماس ليس بالأمر الجديد تماماً. طورت شركة جنرال إلكتريك عملية منذ نصف قرن باستخدام كبريتيد الحديد المنصهر، على سبيل المثال.

لكن هذه العمليات لا تزال تتطلب ضغوطاً تتراوح بين 5 إلى 6 غيغاباسكال و”بذرة” ألماس حتى يتشبث الكربون بها.

وكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة: “لقد اكتشفنا طريقة لزراعة الماس عند ضغط 1 جوي وتحت درجة حرارة معتدلة باستخدام سبيكة معدنية سائلة”.

تم خفض الضغط باستخدام مزيج مختلط بعناية من المعادن السائلة: الغاليوم والحديد والنيكل والسيليكون. تم بناء نظام فراغ مصنوع خصيصاً داخل غلاف الغرافيت لتسخين المعدن بسرعة كبيرة ثم تبريده أثناء تعرضه لمزيج من الميثان والهيدروجين.

وتتسبب هذه الظروف في انتشار ذرات الكربون من الميثان إلى المعدن المنصهر، لتكون بمثابة بذور للماس. وبعد 15 دقيقة فقط، انبثقت شظايا صغيرة من بلورات الماس من المعدن السائل أسفل السطح مباشرة، في حين أنتج التعرض لمدة ساعتين ونصف طبقة ماسية متواصلة.

على الرغم من أن تركيز الكربون الذي يشكل البلورات انخفض على عمق بضع مئات من النانومترات فقط، إلا أن الباحثين يتوقعون إمكانية تحسين العملية من خلال بضع تعديلات.

وكتب الباحثون: “نقترح أن التعديلات المباشرة يمكن أن تمكن من تنمية الماس على مساحة كبيرة جداً باستخدام سطح أو واجهة أكبر، من خلال تكوين عناصر التسخين لتحقيق منطقة نمو محتملة أكبر بكثير وتوزيع الكربون على منطقة نمو الماس ببعض الطرق الجديدة”.

ستستغرق هذه التعديلات بعض الوقت، ولا يزال البحث في هذه العملية في مراحله المبكرة للغاية، لكن مؤلفي الدراسة الجديدة يعتقدون أن لديها الكثير من الإمكانات – وأنه يمكن دمج معادن سائلة أخرى للحصول على مواد مماثلة أو أفضل نتائج.

تستغرق العملية المستخدمة حالياً لإنشاء معظم الماس الاصطناعي – المستخدم في مجموعة واسعة من العمليات الصناعية والإلكترونيات وحتى أجهزة الكمبيوتر الكمومية – عدة أيام وتحتاج إلى المزيد من الضغط. إذا حققت هذه التقنية الجديدة إمكاناتها، فإن صناعة الماس ستصبح أسرع بكثير وأسهل كثيراً.

وكتب الباحثون: “إن النهج العام لاستخدام المعادن السائلة يمكن أن يسرع ويعزز نمو الماس على مجموعة متنوعة من الأسطح، وربما يسهل نمو الماس على جزيئات الماس الصغيرة (البذور)”.