MADRID, 25 Feb. (EUROPA PRESS) -
Con un cuidadoso ajuste de calor y presión, científicos han demostrado cómo producir diamantes puros a partir de un tipo de molécula de hidrógeno y carbono del petróleo y el gas natural.
Los científicos han sintetizado diamantes de otros materiales durante más de 60 años, pero la transformación generalmente requiere cantidades excesivas de energía, tiempo o la adición de un catalizador, a menudo un metal, que tiende a disminuir la calidad del producto final.
"Queríamos ver solo un sistema limpio, en el que una sola sustancia se transforme en diamante puro, sin un catalizador", dijo el autor principal del nuevo estudio, Sulgiye Park, investigador postdoctoral en la Facultad de Ciencias de la Tierra, Energía y Medio Ambiente de la Universidad de Stanford.
"Lo interesante de este documento es que muestra una forma de engañar a la termodinámica de lo que generalmente se requiere para la formación de diamantes", dijo el geólogo de Stanford Rodney Ewing, coautor del artículo, publicado en la revista Science Advances.
Comprender los mecanismos para esta transformación será importante para aplicaciones más allá de la joyería. Las propiedades físicas del diamante (dureza extrema, transparencia óptica, estabilidad química, alta conductividad térmica) lo convierten en un material valioso para la medicina, la industria, las tecnologías de computación cuántica y la detección biológica.
"Si se puede producir incluso pequeñas cantidades de este diamante puro, puede se dopado de manera controlada para aplicaciones específicas", dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Yu Lin, científico del personal del Instituto Stanford de Ciencias de Materiales y Energía (SIMES).
Los diamantes naturales se cristalizan a partir de carbono a cientos de kilómetros debajo de la superficie de la Tierra, donde las temperaturas alcanzan miles de grados. La mayoría de los diamantes naturales desenterrados hasta la fecha se dispararon hacia arriba en erupciones volcánicas hace millones de años, llevando consigo minerales antiguos del interior profundo de la Tierra.
Como resultado, los diamantes pueden proporcionar información sobre las condiciones y los materiales que existen en el interior del planeta. "Los diamantes son recipientes que traen muestras de las partes más profundas de la Tierra", dijo la física de minerales de Stanford Wendy Mao, quien dirige el laboratorio donde Park realizó la mayoría de los experimentos del estudio.
Para sintetizar diamantes, el equipo de investigación comenzó con tres tipos de polvo refinado de petroleros llenos de petróleo. "Es una pequeña cantidad", dijo Mao. "Utilizamos una aguja para recoger un poco y obtenerla bajo un microscopio para nuestros experimentos".
De un vistazo, los polvos inodoros y ligeramente pegajosos se parecen a la sal de roca. Pero un ojo entrenado que mira a través de un potente microscopio puede distinguir los átomos dispuestos en el mismo patrón espacial que los átomos que forman el cristal de diamante. Es como si la intrincada red de diamantes hubiera sido cortada en unidades más pequeñas compuestas de una, dos o tres jaulas.
A diferencia del diamante, que es carbono puro, los polvos, conocidos como diamantoides, también contienen hidrógeno. "Comenzando con estos bloques de construcción", dijo Mao, "se pueden hacer diamantes de manera más rápida y fácil, y también aprender sobre el proceso de una manera más completa y reflexiva que si simplemente imita la alta presión y la alta temperatura encontradas en la parte de la Tierra donde el diamante se forma naturalmente ".
Los investigadores cargaron las muestras de diamantoides en una cámara de presión del tamaño de una ciruela llamada celda de yunque de diamante, que presiona el polvo entre dos diamantes pulidos. Con solo girar un tornillo con la mano, el dispositivo puede crear el tipo de presión que se puede encontrar en el centro de la Tierra.
Luego, calentaron las muestras con un láser, examinaron los resultados con una batería de pruebas y ejecutaron modelos de computadora para ayudar a explicar cómo se había desarrollado la transformación. "Una pregunta fundamental que tratamos de responder es si la estructura o el número de jaulas afecta la forma en que los diamondoides se transforman en diamantes", dijo Lin. Descubrieron que el diamantoide de tres jaulas, llamado triamantano, puede reorganizarse en diamante con una energía sorprendentemente baja.
A 900 Kelvin, que es aproximadamente 626 grados Celsius, o la temperatura de la lava al rojo vivo, y 20 gigapascales, una presión cientos de miles de veces mayor que la atmósfera de la Tierra, los átomos de carbono del triamantano se alinean y su hidrógeno se dispersa o cae.
La transformación se desarrolla en las fracciones más delgadas de un segundo. También es directo: los átomos no pasan a través de otra forma de carbono, como el grafito, en su camino hacia la fabricación de diamantes.
El tamaño de muestra diminuto dentro de una celda de yunque de diamante hace que este enfoque sea poco práctico para sintetizar mucho más que las motas de diamante que el equipo de Stanford produjo en el laboratorio, dijo Mao. "Pero ahora sabemos un poco más sobre las claves para hacer diamantes puros".