up
Search      menu
علم و تکنولوژی :: مقاله الماس PDF
QR code - الماس

الماس

مقدمه
شايد به زودى تصور متداول درباره الماسها به کلى دگرگون شود. الماسهايى که بخاطر زيبايى ، کمياب بودن و زمان طولانى توليدشان ارزش فوق العاده‌اى داشتند، امروزه در آزمايشگاه و در مدت زمانى حدود يک ساعت بوجود مى‌آيند. اينکه اين دگرگونى چه تأثيرى در صنعت جواهرسازى يا قيمت الماسهاى طبيعى در بازار خواهد داشت هنوز در پرده‌اى از ابهام است. اما درباره نقش اين الماسهاى آزمايشگاهى در تکنولوژى ، شايعه‌هايى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى‌رسد.
بيشتر از هشتاد درصد از الماسهاى معدنى طبيعى به مصارف صنعتى از قبيل ابزارهاى برش يا مواد ساينده براى تراشکارى و پرداخت ديگر سنگهاى قيمتى ، فلزات ، گرانيت و شيشه مى‌رسند. استفاده از الماس به عنوان نيم رسانا نيز نيازمند شرايط ويژه‌اى مثل بالاترين درجه خلوص ، بهترين بلورينگى و تعيين اتمها به لحاظ الکتريکى فعال براى ايجاد گذرگاه الکتريکى در وسيله مورد نظر است.
اما تمامى الماسهاى طبيعى بخاطر نقصها ، ناخالصيها و ساختار ضعيفشان براى مصارف الکترونيکى نامناسبند. حتى با اينکه الماسهاى مصنوعى و طبيعى داراى کيفيت جواهرى بسيار ارزشمند هستند، اما ممکن است بخاطر رگه‌هاى ناچيز ناخالصيها براى استفاده به عنوان نيم رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالصترين اين سنگها در کاربردهاى الکترونيکى پرقدرت از سلفونها گرفته تا کامپيوترهاى شخصى و خطوط ارتباطاتى قابل استفاده‌اند.
دورنماى الماس
ميزان ذخيره الماس جهان در سال 1979 بدين شرح مي‌باشد. زئير 120 ، شوروي (سابق) 250 ، آفريقاي جنوبي 72 ، بوستوانا 60 ، ناميبيا 15 ، آنگولا 20 ، سيرالئون 6 و لسوتو 5 ميليون قيراط ذخيره دارند. همچنين ميزان الماس توليدي جهان در سال 1979 بدين شرح مي‌باشد: زئير 11160 ، شوروي (سابق) 10700 ، آفريقاي جنوبي 7640 ، بوتسوانا 3340 ، ناميبيا 1950 ، عتا 1500 ، آنگولا 750 ، ونزوئلا 750 و سيرالئون با 710 قيراط بيشترين توليد الماس جهان را به خود اختصاص داده‌اند.
توليد الماس
الماس بطور طبيعى تحت فشارهاى زياد اعماق زمين و در زمانى طولانى شکل مى‌گيرد. اما در آزمايشگاه مى‌توان به کمک دو فرآيند مجزا در زمانى بسيار کوتاهتر الماس توليد کرد. فرآيند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقليدى است از فرآيند طبيعى شکل گيرى الماس در حالى که فرآيند رسوب گيرى بخار شيميايى (CVD) دقيقاً خلاف آن عمل مى‌کند. در واقع CVD بجاى وارد کردن فشار به کربن براى توليد الماس با آزاد گذاشتن اتمهاى کربن به آنها اجازه مى‌دهد با ملحق شدن به يکديگر به شکل الماس در آيند.
اين دو تکنيک براى اولين بار در دهه 1950 کشف شدند. به گفته باتلر که هفده سال روى توليد الماس با استفاده از تکنيک CVD کار کرده است «از آنجا که پيشگامان توليد الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سايرين از ميدان به در شدند. تکنولوژى CVD هنوز دوران کودکى‌اش را سپرى مى‌کند.» هر دو فرآيند قادرند با سرعتى خيره کننده الماسهايى با کيفيت جواهر توليد کنند، اما در نهايت اين فرآيند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براى تکنولوژيهاى الکترونيکى مناسب‌ترين خواهد بود.
فرآيند CVD با قرار دادن ذره بسيار کوچکى از الماس در خلأ آغاز مى‌شود. سپس گازهاى هيدروژن و متان به محفظه خلأ جريان مى‌يابند. در ادامه پلاسماى تشکيل شده باعث شکافته شدن هيدروژن به هيدروژن اتمى مى‌شود که با متان واکنش مى‌دهد تا راديکال متيل و اتمهاى هيدروژن بوجود آيند. راديکال متيل نيز به ذره الماس مى‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنيک CVD ، فرآيندى خطى است، بنابراين تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در اين روش بزرگى ذره ابتدايى و زمان قرار دادن آن در دستگاه است.
به گفته ديويد هلير (D. Hellier) ، رئيس بخش بازاريابى کمپانى ژمسيس ، «فرآيند HP HT نيز با ذره کوچکى از الماس آغاز مى‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌هاى رشدى به اندازه يک ماشين لباسشويى ، تحت دما و فشار بسيار بالا درون محلولى از گرانيت و کاتاليزورى فلزى غوطه‌ور مى‌شود. در ادامه تحت شرايط کاملاً کنترل شده‌اى اين الماس کوچک به تقليد از فرآيند طبيعى ، مولکول به مولکول و لايه به لايه شروع به رشد مى‌کند.»
گر چه جنرال الکتريک در توليد الماسها به اين روش پيشگام است و الماسهاى ساخته شده با تکنيک HP HT را براى مصارف صنعتى به بازار عرضه مى‌کرد اما تا پيش از آنکه کمپانى ژمسيس با ساده سازى اين فرآيند امکان توليد نمونه‌هايى با کيفيت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماسها به عنوان سنگهاى قيمتى به فروش نرسيده بودند.
در واقع الماسهاى زينتى مصنوعى بخش کوچک و در عين حال پر سودى از صنعت الماس را تشکيل مى‌دهند. اين الماسهاى رنگى که در مقايسه با همتاهاى بى‌رنگ شان فوق العاده کمياب و در نتيجه بسيار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصيها در رنگهاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى ، سبز و حتى زرد روشن و نارنجى توليد مى‌شوند. در واقع اين الماسها مى‌توانند چنان کيفيت بالايى داشته باشند که حتى ماشينهاى ساخته شده براى تشخيص سنگهاى مصنوعى از طبيعى در تفکيکشان از يکديگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخى از بزرگترين الماس فروشان در صنعت نيز به زحمت از پس آن بر مى‌آيند.
شباهت فوق العاده نمونه هاى مصنوعى و طبيعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخيص الماسهاى رنگى مصنوعى از سنگهاى طبيعى دست به دامن آزمايشگاههاى الماس بلژيک و ديگر نقاطى شوند که بطور سنتى عهده دار تجزيه و تحليل و تأييد الماسها از نظر بزرگى قيراط ، رنگ و شفافيت هستند
تشخيص الماسهاي مصنوعي
آزمايشگاه آنتورپ و چند تايى ديگر در سراسر جهان براى تشخيص الماسهاى مصنوعى بطور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى‌کنند. در دستگاه نوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طيفى نور جذب يا ساطع شده تجزيه و تحليل مى‌شود. اگر نشانه‌هايى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمايشگاه دستگاه دوم را بکار مى‌گيرد که اين دستگاه براى آشکار ساختن ساختار درونى کريستال از نور فرابنفش استفاده مى‌کند. اين دستگاهها نقصهاى موجود در الماس را حتى در مقياس ميکروسکوپى يا اتمى نيز بررسى مى‌کنند.
در واقع الماسها نيز درست مثل درختان داراى حلقه‌هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماسهايى که در آزمايشگاه توليد يا براى تغيير رنگ دستکارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى‌دهند. بنابراين با اينکه آزمايشگاهها با استفاده از اين دستگاهها قادر به تشخيص الماسهاى مصنوعى از طبيعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جايى است که افراد بدون اين دستگاهها توانايى تشخيص سنگهاى مصنوعى را نخواهند داشت.
الماس مصنوعي
اين نوع الماس براي نخستين بار توسط گروهي از دانشمندان سوئدي در سال 1953ساخته شده است. جنرال الکتريک در سال 1954 براي اولين مرتبه با استفاده از گرافيت در فشار 50 تا 60 کيلو بار و دماي 1500 درجه سانتيگراد توانست الماس مصنوعي بسازد.
در روش جديد که توسط ژاپنيها ابداع گرديده ، بخار کربن بر روي يک صفحه سرد جمع مي‌شود، ابتدا CH4 و H2 در ميکروويو در دماي بيش از 2000 درجه سانتيگراد حرارت داده مي‌شود و بخار کربن بر روي يک صفحه سرد متمرکز مي‌شود.
موارد مصرف الماس
الماس داراي مصارف صنعتي و زينتي است. گر چه الماس را بيشتر به عنوان زينت بخش مي‌شناسند، ولي بيش از 80 درصد آن به مصارف صنعتي مي‌رسد. ميزان الماس مصرفي در صنعت از 74 درصد در سال 1934 به 89 درصد در سال 1979 فزوني گرفته است. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسيار سخت نظير فولادهاي آلياژي و کاربيد تنگستن ، ساييدن ، اره کردن سنگ و بتون و حفاريها بکار مي‌رود.
تقسيم بندي الماسها بر اساس مصارف صنعتي
الماسها بر اساس مصارف صنعتي آنها به چهار گونه تقسيم مي‌شوند:
1.
الماس صنعتي که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زينتي ندارد.
2.
الماس بورت که قطعه‌هاي کوچک و شکل نامناسب دارد.
3.
الماس کاربونادو که مخلوطي از الماس ، گرافيت و کربن بي‌شکل (آمورف) است.
4.
الماس بالاس
12.5 درصد الماس توليدي جهان به مصرف ساخت مته‌هاي حفاري و چاله زني مي‌سرد. 2.5 درصد ديگر هم از الماس توليدي در ساختن ماشينهاي برش و پوليش و 75 درصد ديگر به صورت پودر و يا مواد ساينده به مصرف مي‌رسد. مصارف صنعتي الماس به اختصار شامل ، مته‌هاي الماسي ، مواد ساينده‌ها ، اره‌هاي الماسي ، لوازم دندانپزشکي و جراحي و دستگاههاي برشي و پوليش مي‌گردد.
الماس در صنعت الکترونيک
به گفته جيمز باتلر (J.Butler)، يکى از شيميدانان محقق در آزمايشگاه تحقيقات نيروى دريايى ايالات متحده ، به لحاظ تاريخى سه مشکل عمده سر راه استفاده از الماسهاى طبيعى در کاربردهاى الکترونيکى وجود داشته است. الماسهاى طبيعى هميشه به شکل بازدارنده‌اى براى استفاده همه جانبه گران بوده‌اند و يافتن سنگهاى بزرگ با خلوص کافى نيز بسيار دشوار است. علاوه بر اين هيچ دو سنگى دقيقاً شبيه هم نيستند و خواص منحصر به فرد در هر يک مى‌تواند مشکلاتى را در مدارهاى الکترونيکى به بار آورد. آخرين مشکل در استفاده از الماس براى کاربردهاى الکترونيکى و کامپيوترى نيز نياز به دو نوع الماس يعنى سنگهاى نوع n و p براى هدايت الکترونيکى بوده است.
در دستگاههاى مجتمع بايد از هر دو نوع الماس نيمه رساناى n و p استفاده کرد، اما الماسهاى نوع n بطور طبيعى وجود ندارند و الماسهاى نوع p الماس آبى ، به قدرى نادرند که هيچ راه مقرون به صرفه‌اى براى استفاده از آنها پيدا نشده است. به هر حال الماسهاى مصنوعى اين مشکلات را برطرف مى‌کنند. به گفته رابرت لينارس (R. Linares) ، بنيان گذار کمپانى آپولو دياموند براى مثال مى‌توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس ، نوع P يعنى الماس آبى را توليد کرد.
بطور مشابه دانشمندان مى‌توانند با افزودن فسفر به الماسهاى بى رنگ ، الماس نوع n را نيز توليد کنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نيمه رسانا در دستگاههاى الکترونيکى پرقدرت نياز به ترکيبى لايه‌اى از اين دو نوع الماس داريم. علاوه بر اين با توجه به اينکه الماسهاى بى‌رنگ خالص در عمل بيشتر از آنکه رسانا باشند عايق هستند، مى‌توان لايه‌هايى از آنها را به اين ترکيب افزود.
امروزه نيم رساناهاى بسيارى مثل سيليکون در گستره وسيعى از دستگاههاى الکترونيکى بکار مى‌روند. اما الماس با توجه به دامنه تغييرات حرارتى و سرعت فوق العاده بيشترش ، تنها در مقايسه با خلاء است که عنوان دومين نيم رساناى برتر جهان را به خود اختصاص مى‌دهد. الماس با داشتن چنين ويژگيهايى و بخصوص امروز که آزمايشگاه قادر به توليد سنگهاى خالص و ناخالص کنترل شده‌اند، مى‌تواند پايه گذار انواع سراسر نوينى از دستگاههاى الکترونيکى پرقدرت باشد. با اينکه استفاده از الماس در صنايع الکترونيک به چند دهه ديگر واگذار شده است، اما به اعتقاد لينارس اين سنگ قيمتى صنايع نيم رسانا سازى را به کلى دگرگون خواهد کرد.
برخى از کاربردهاى عملى الماس
*
لوازم الکترونيکى ولتاژ و توان بالا مثل ترنهاى سريع السير.
*
دستگاههاى فرکانس بالا مثل رادارهاى پرقدرت و ايستگاههاى مخابراتى سلولى.
*
دستگاههاى ميکرو و نانو الکترو مکانيکى مثل ساعتها و فيلترهاى تلفنهاى سلولى.
*
محاسبات کوانتومى مثل موارد مورد نياز در ارتباطات امن.
*
آشکارساز پرتوهاى پر انرژى مثل پرتو سنجهاى پزشکى.
*
اپتيک و ليزرهاى پرقدرت مثل آنچه در کابل و خطوط تلفن يا پنجره شاتلهاى فضايى بکار مي‌رود.
*
الکترودهاى الماسى مقاوم به خوردگى که مى‌تواند محيطهاى آلوده را پاک کند. .

الماس نام خود را از خاصيت سختي بالاي آن و از كلمه يوناني (adamas) به معني غير قابل تسخير (unconquerable) گرفته است هيچ چيز از نظر سختي نمي تواند با ال ...

الماس از کربن خالص تشکيل شده و سيستم تبلور آن کوبيک است. وزن مخصوص الماس 3.5 ضريب شکست آن 2.42 و سختي آن در مقياس موس ، مساوي 10 است. الماس به رنگهاي ...

الماس هاي معروف جهان بدلايل مختلف معروف شده اند برخي به خاطر اندازه ، برخي ديگر به خاطر زيبايي و رنگ ولي علت اصلي شايد گذشته يا تاريخي باشد که آن الما ...

گوهرها از نظر ارزش اقتصادي به دو دسته قيمتي و نيمه قيمتي تقسيم مي شوند، الماس، ياقوت، زمرد وسفاير آبي، گوهر هاي قيمتي به حساب مي آيند و بقيه كانيها و ...

نام الماس از کلمه يوناني آداماس (Adamas) به معني تسخير ناپذير گرفته شده است و به دليل سختي فوق العاده و بي نظير اين کاني است که به آن ويژگي (البته ظاه ...

کربن يکي از عناصر شگفت انگيز طبيعت است و کاربردهاي متعدد آن در زندگي بشر، به خوبي اين نکته را تاييد مي کند. به عنوان مثال فولاد که يکي از مهم ترين آل ...

اساس عملکرد ميکروسکوپ انتقال الکتروني (Transmission Electron Microscope) که به اختصار به آن TEM گويند مشابه ميکروسکوپ هاي نوري است با اين تفاوت که بجا ...

● تاريخچه در پي کشف پراش اشعه هاي ايکس توسط رونتگن و انتشار يک رشته محاسبات و پيش بيني هاي ساده و موفقيت آميز در مورد ويژگيهاي بلورين ، بررسي ساختارها ...

دانلود نسخه PDF - الماس