مقدمه
الماس ازکربن خالص تشکیل شده وسیستم تبلور آن کوبیک است. وزن مخصوص الماس 3.5ضریبشکست آن 2.42 و سختی آن در مقیاس موس ، مساوی 10 است. الماس به رنگهای مختلفپیدا می‌شود. الماس باسنگهایکیمبرلیتی که از اعماق زیاد منشا گرفته‌اند، همراه است. دررسوبات رودخانه‌ایبه صورت پلاسر یافتمی‌شود. بیشترین بخش الماس جهان امروه از معادن الماس واقع در کشورهای آفریقاییاستخراجمی‌گردد.
شاید به زودى تصور متداول درباره الماسها به کلى دگرگون شود. الماسهایى که بخاطر زیبایى ، کمیاب بودن و زمان طولانى تولیدشان ارزش فوق العاده‌اىداشتند، امروزه در آزمایشگاه و در مدت زمانى حدود یک ساعت بوجود مى‌آیند. اینکه ایندگرگونى چه تأثیرى در صنعت جواهرسازى یا قیمت الماسهاى طبیعى در بازار خواهد داشتهنوز در پرده‌اى از ابهام است. اما درباره نقش این الماسهاى آزمایشگاهى در تکنولوژى، شایعه‌هایى برخاسته از مجامع علمى به گوش مى‌رسد.
بیشتر از هشتاد درصد از الماسهاى معدنىطبیعى به مصارف صنعتى از قبیل ابزارهاى برش یا مواد ساینده براى تراشکارى و پرداختدیگر سنگهاى قیمتى ،فلزات،گرانیتوشیشهمى‌رسند. استفاده از الماس به عنواننیمرسانا نیز نیازمند شرایط ویژه‌اى مثل بالاترین درجه خلوص ، بهترین بلورینگى وتعیین اتمها به لحاظ الکتریکى فعال براى ایجاد گذرگاه الکتریکى در وسیله مورد نظراست.
اما تمامى الماسهاى طبیعى بخاطر نقصها ، ناخالصیها و ساختار ضعیفشانبراى مصارف الکترونیکى نامناسبند. حتى با اینکه الماسهاى مصنوعى و طبیعى داراىکیفیت جواهرى بسیار ارزشمند هستند، اما ممکن است بخاطر رگه‌هاى ناچیز ناخالصیهابراى استفاده به عنوان نیم رسانا مناسب نباشند. در واقع تنها خالصترین این سنگها درکاربردهاى الکترونیکى پرقدرت از سلفونها گرفته تا کامپیوترهاى شخصى و خطوطارتباطاتى قابل استفاده‌اند.
دورنماى الماس
میزان ذخیره الماس جهان در سال 1979 بدین شرح می‌باشد. زئیر 120 ، شوروی (سابق) 250 ، آفریقای جنوبی 72 ، بوستوانا 60 ، نامیبیا 15 ، آنگولا 20، سیرالئون 6 و لسوتو 5 میلیون قیراط ذخیره دارند. همچنین میزان الماس تولیدی جهاندر سال 1979 بدین شرح می‌باشد: زئیر 11160 ، شوروی (سابق) 10700 ، آفریقای جنوبی 7640 ، بوتسوانا 3340 ، نامیبیا 1950 ، عتا 1500 ، آنگولا 750 ، ونزوئلا 750 وسیرالئون با 710 قیراط بیشترین تولید الماس جهان را به خود اختصاص داده‌اند.
تولید الماس
الماس بطور طبیعى تحت فشارهاى زیاد اعماق زمین و در زمانىطولانى شکل مى‌گیرد. اما در آزمایشگاه مى‌توان به کمک دو فرآیند مجزا در زمانىبسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرآیند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدىاست از فرآیند طبیعى شکل گیرى الماس در حالى که فرآیند رسوب گیرى بخار شیمیایى (CVD) دقیقاً خلاف آن عمل مى‌کند. در واقع CVD بجاى وارد کردن فشار به کربن براىتولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهاى کربن به آنها اجازه مى‌دهد با ملحق شدن بهیکدیگر به شکل الماس در آیند.
این دو تکنیک براى اولین بار در دهه 1950 کشفشدند. به گفته باتلر که هفده سال روى تولید الماس با استفاده از تکنیک CVD کار کردهاست «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه 1950 با تمسخر سایریناز میدان به در شدند. تکنولوژى CVD هنوز دوران کودکى‌اش را سپرى مى‌کند.» هر دوفرآیند قادرند با سرعتى خیره کننده الماسهایى با کیفیت جواهر تولید کنند، اما درنهایت این فرآیند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصى و اندازه محصول براىتکنولوژیهاى الکترونیکى مناسب‌ترین خواهد بود.
فرآیند CVD با قرار دادن ذرهبسیار کوچکى از الماس درخلأآغاز مى‌شود. سپس گازهاىهیدروژن ومتانبه محفظه خلأ جریان مى‌یابند. در ادامهپلاسماى تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمى مى‌شود که با متان واکنش مى‌دهدتا رادیکال متیل و اتمهاى هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماسمى‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD ، فرآیندى خطى است، بنابراینتنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگى ذره ابتدایى و زمان قرار دادنآن در دستگاه است.
به گفتهدیوید هلیر (D. Hellier) ، رئیسبخش بازاریابى کمپانى ژمسیس:))فرآیند HP HT نیز با ذره کوچکى از الماس آغازمى‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌هاى رشدى به اندازه یک ماشین لباسشویى ، تحتدما وفشار بسیاربالا درون محلولى از گرانیت و کاتالیزورى فلزى غوطه‌ور مى‌شود. در ادامه تحت شرایطکاملاً کنترل شده‌اى این الماس کوچک به تقلید از فرآیند طبیعى ، مولکول به مولکول ولایه به لایه شروع به رشد مى‌کند.((
گر چه جنرال الکتریک در تولید الماسها بهاین روش پیشگام است و الماسهاى ساخته شده با تکنیک HP HT را براى مصارف صنعتى بهبازار عرضه مى‌کرد اما تا پیش از آنکه کمپانى ژمسیس با ساده سازى این فرآیند امکانتولید نمونه‌هایى با کیفیت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماسها به عنوان سنگهاىقیمتى به فروش نرسیده بودند.
در واقع الماسهاى زینتى مصنوعى بخش کوچکو در عین حال پر سودى از صنعت الماس را تشکیل مى‌دهند. این الماسهاى رنگى که درمقایسه با همتاهاى بىرنگ شان فوق العاده کمیاب و در نتیجه بسیار گرانبها ترند باتوجه به نوع ناخالصیها در رنگهاى گوناگون از قرمز و صورتى گرفته تا آبى ، سبز و حتىزرد روشن و نارنجى تولید مى‌شوند. در واقع این الماسها مى‌توانند چنان کیفیت بالایىداشته باشند که حتى ماشینهاى ساخته شده براى تشخیص سنگهاى مصنوعى از طبیعى درتفکیکشان از یکدیگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخى از بزرگترین الماسفروشان در صنعت نیز به زحمت از پس آن بر مى‌آیند.
شباهت فوق العاده نمونههاى مصنوعى و طبیعى باعث شده است تا تاجران الماس براى تشخیص الماسهاى رنگى مصنوعىاز سنگهاى طبیعى دست به دامن آزمایشگاههاى الماس بلژیک و دیگر نقاطى شوند که بطورسنتى عهده دار تجزیه و تحلیل و تأیید الماسها از نظر بزرگى قیراط ، رنگ و شفافیتهستند.
تشخیص الماسهای مصنوعی
آزمایشگاه آنتورپ و چند تایى دیگر در سراسر جهانبراى تشخیص الماسهاى مصنوعى بطور عمده از دو نوع دستگاه استفاده مى‌کنند. در دستگاهنوع اول با تابش نور به الماس مشخصات طیفى نور جذب یا ساطع شده تجزیه و تحلیلمى‌شود. اگر نشانه‌هایى از الماس مصنوعى مشاهده شد، آزمایشگاه دستگاه دوم را بکارمى‌گیرد که این دستگاه براى آشکار ساختن ساختار درونى کریستال ازنورفرابنفش استفاده مى‌کند. این دستگاهها نقصهاى موجود در الماس را حتى در مقیاسمیکروسکوپى یا اتمى نیز بررسى مى‌کنند.
در واقع الماسها نیز درست مثل درختانداراى حلقه‌هاى رشدى در اطراف هسته درونى هستند. الماسهایى که در آزمایشگاه تولیدیا براى تغییر رنگ دستکارى شده باشند، ساختار رشد متفاوتى از خود نشان مى‌دهند. بنابراین با اینکه آزمایشگاهها با استفاده از این دستگاهها قادر به تشخیص الماسهاىمصنوعى از طبیعى هستند اما نگرانى عمده در صنعت الماس جایى است که افراد بدون ایندستگاهها توانایى تشخیص سنگهاى مصنوعى را نخواهند داشت.
الماس مصنوعی
این نوع الماس برای نخستین بار توسط گروهی از دانشمندانسوئدی در سال 1953ساخته شده است. جنرال الکتریک در سال 1954 برای اولین مرتبه بااستفاده ازگرافیت درفشار 50 تا 60 کیلو بار و دمای 1500 درجه سانتیگراد توانستالماس مصنوعیبسازد.
در روش جدید کهتوسط ژاپنیها ابداع گردیده ، بخار کربن بر روی یک صفحه سرد جمع می‌شود، ابتدا CH4 و H2 در میکروویو در دمای بیش از 2000 درجه سانتیگرادحرارت داده می‌شود و بخار کربن بر روی یک صفحه سرد متمرکز می‌شود.
موارد مصرف الماس
الماس دارای مصارف صنعتی و زینتی است. گر چه الماس رابیشتر به عنوان زینت بخش می‌شناسند، ولی بیش از 80 درصد آن به مصارف صنعتی می‌رسد. میزان الماس مصرفی در صنعت از 74 درصد در سال 1934 به 89 درصد در سال 1979 فزونیگرفته است. مصارف عمده الماس در صنعت جهت برش مواد بسیار سخت نظیرفولادهای آلیاژی وکاربید تنگستن، ساییدن ، اره کردن سنگ وبتون و حفاریها بکار می‌رود.
تقسیم بندی الماسها بر اساس مصارف صنعتی
الماسها بر اساس مصارف صنعتی آنهابه چهار گونه تقسیم می‌شوند:
- الماس صنعتی که به علت شکل و رنگ آن ، مصرف زینتی ندارد.
- الماس بورت که قطعه‌های کوچک و شکل نامناسب دارد.
- الماس کاربونادو که مخلوطی از الماس ، گرافیت و کربن بی‌شکل (آمورف) است.
- الماس بالاس
12.5 درصد الماس تولیدی جهان به مصرف ساختمته‌های حفاریو چاله زنی می‌سرد. 2.5 درصددیگر هم از الماس تولیدی در ساختن ماشینهای برش و پولیش و 75 درصد دیگر به صورتپودر و یا مواد ساینده به مصرف می‌رسد. مصارف صنعتی الماس به اختصار شامل ،مته‌های الماسی،مواد ساینده‌ها،اره‌های الماسی،لوازم دندانپزشکیو جراحی و دستگاههای برشیو پولیش می‌گردد.
الماس در صنعت الکترونیک
به گفته جیمز باتلر (J.Butler)، یکى از شیمیدانانمحقق در آزمایشگاه تحقیقات نیروى دریایى ایالات متحده ، به لحاظ تاریخى سه مشکلعمده سر راه استفاده از الماسهاى طبیعى در کاربردهاى الکترونیکى وجود داشته است. الماسهاى طبیعى همیشه به شکل بازدارنده‌اى براى استفاده همه جانبه گران بوده‌اند ویافتن سنگهاى بزرگ با خلوص کافى نیز بسیار دشوار است. علاوه بر این هیچ دو سنگىدقیقاً شبیه هم نیستند و خواص منحصر به فرد در هر یک مى‌تواند مشکلاتى را درمدارهاى الکترونیکى به بار آورد. آخرین مشکل در استفاده از الماس براى کاربردهاىالکترونیکى و کامپیوترى نیز نیاز به دو نوع الماس یعنى سنگهاى نوع n و p براى هدایتالکترونیکى بوده است.
در دستگاههاى مجتمع باید از هر دو نوع الماس نیمهرساناى n و p استفاده کرد، اما الماسهاى نوع n بطور طبیعى وجود ندارند و الماسهاىنوع p الماس آبى ، به قدرى نادرند که هیچ راه مقرون به صرفه‌اى براى استفاده ازآنها پیدا نشده است. به هر حال الماسهاى مصنوعى این مشکلات را برطرف مى‌کنند. بهگفتهرابرت لینارس (R. Linares) ، بنیان گذار کمپانى آپولو دیاموندبراى مثال مى‌توان با افزودن ناخالصى فلز برون به الماس ، نوع P یعنى الماس آبى راتولید کرد.
بطور مشابه دانشمندان مى‌توانند با افزودن فسفر به الماسهاى بىرنگ ، الماس نوع n را نیز تولید کنند. ما براى استفاده از الماس به نوع نیمه رسانادر دستگاههاى الکترونیکى پرقدرت نیاز به ترکیبى لایه‌اى از این دو نوع الماس داریم. علاوه بر این با توجه به اینکه الماسهاى بىرنگ خالص در عمل بیشتر از آنکه رساناباشند عایق هستند، مى‌توان لایه‌هایى از آنها را به این ترکیب افزود.
امروزهنیم رساناهاى بسیارى مثلسیلیکون در گستره وسیعى از دستگاههاى الکترونیکى بکار مى‌روند. اما الماس با توجه به دامنهتغییرات حرارتى و سرعت فوق العاده بیشترش ، تنها در مقایسه با خلاء است که عنواندومین نیم رساناى برتر جهانرا به خود اختصاصمى‌دهد. الماس با داشتن چنین ویژگیهایى و بخصوص امروز که آزمایشگاه قادر به تولیدسنگهاى خالص و ناخالص کنترل شده‌اند، مى‌تواند پایه گذار انواع سراسر نوینى ازدستگاههاى الکترونیکى پرقدرت باشد. با اینکه استفاده از الماس در صنایع الکترونیکبه چند دهه دیگر واگذار شده است، اما به اعتقاد لینارس این سنگ قیمتى صنایع نیمرسانا سازى را به کلى دگرگون خواهد کرد.
برخى از کاربردهاى عملى الماس
- لوازم الکترونیکى ولتاژ و توان بالا مثل ترنهاى سریع السیر.
- دستگاههاى فرکانس بالا مثل رادارهاى پرقدرت و ایستگاههاى مخابراتى سلولى.
- دستگاههاى میکرو و نانو الکترو مکانیکى مثل ساعتها و فیلترهاى تلفنهاى سلولى.
- محاسبات کوانتومى مثل موارد مورد نیاز در ارتباطات امن.
- آشکارساز پرتوهاى پر انرژى مثل پرتو سنجهاى پزشکى.
- اپتیکولیزرهاى پرقدرت مثلآنچه در کابل و خطوط تلفن یا پنجرهشاتلهاى فضایىبکار می‌رود.
- الکترودهاى الماسى مقاوم به خوردگى که مى‌تواند محیطهاى آلوده را پاک کند.
:: موضوعات مرتبط:
تحقیق آماده ,
,
:: بازدید از این مطلب : 1970
|
امتیاز مطلب : 34
|
تعداد امتیازدهندگان : 9
|
مجموع امتیاز : 9
عضو شوید
عضویت سریع
آمار
وب سایت:
آمار مطالب
آمار بازدید
