Материальные свойства алмаза - Material properties of diamond

Алмаз
Необработанный алмаз.jpg
Октаэдрический кристалл алмаза в матрице
Общий
КатегорияРодной неметалл, Минеральная
Формула
(повторяющийся блок)		Углерод (C)
Кристаллическая системаАлмазный кубический
(а = 3.56683 Å )
Идентификация
ЦветЧаще всего от бесцветного до желтого или коричневого. Редко розовый, оранжевый, зеленый, синий, серый или красный.
Хрустальная привычкаОктаэдрический, кубооктаэдрический, сферический или кубический
РасщеплениеВосьмигранный; идеально и легко
ПереломКонхоидальный
Шкала Мооса твердость10
Полосабелый
ПрозрачностьЯсно не
Удельный вес3.516–3.525
Показатель преломления2.417
ПлеохроизмНикто
ПлавкостьГорит на воздухе при температуре выше 700 ° C.
РастворимостьУстойчив к кислотам, но необратимо растворяется в горячей стали
Другие характеристикиточка кипения = нет, очень низкое давление пара перед разложением в твердом состоянии
Основные разновидности
БалласСферическая, радиальная структура, скрытокристаллический, непрозрачный черный
БортПлохо сформированный, скрытокристаллический, бесформенный, полупрозрачный
КарбонадоМассивный, микрокристаллический, непрозрачный черный

Алмаз это аллотроп углерода в которой углерод атомы расположены в определенном типе кубическая решетка называется алмаз кубический. Алмаз является кристалл от прозрачного до непрозрачного и обычно изотропного (отсутствие или очень слабое двулучепреломление). Алмаз - это тяжелейший известный природный материал. Тем не менее, из-за серьезных структурных недостатков алмаз стойкость справедливо только к хорошему. Точный предел прочности объемного алмаза неизвестно, однако прочность на сжатие до 60ГПа наблюдалось, и оно может достигать 90–100 ГПа в виде проволок или игл нанометрового размера (~ 100–300 нанометров в диаметре) с соответствующей локальной максимальной упругой деформацией при растяжении, превышающей 9%.[1] В анизотропия твердости алмаза тщательно учитывается во время алмазная резка. У бриллианта высокий показатель преломления (2.417) и умеренный разброс (0,044) свойства, придающие бриллиантам блеск. Ученые классифицируют алмазы на четыре основных типа в зависимости от природы кристаллографические дефекты настоящее время. Следы примесей, замещающих атомы углерода в алмазе Кристальная структура, а в некоторых случаях структурные дефекты являются причиной широкого диапазона цветов, наблюдаемых в алмазе. Большинство бриллиантов электрические изоляторы и чрезвычайно эффективный теплопроводники. В отличие от многих других минералов, удельный вес кристаллов алмаза (3.52) имеет довольно небольшое изменение от алмаза к алмазу.

Твердость и кристаллическая структура

Известный древним грекам как ἀδάμας - Адамас («правильный», «неизменный», «нерушимый»)[2] и иногда называли непреклонный, алмаз - самый твердый из известных материалов природного происхождения, он обозначает 10 на Шкала твердости минералов Мооса. Алмаз чрезвычайно прочен благодаря своей кристаллической структуре, известной как алмаз кубический, в котором каждый атом углерода имеет четырех ковалентно связанных соседей. Объемный кубический нитрид бора (c-BN) почти такой же твердый, как алмаз. Алмаз вступает в реакцию с некоторыми материалами, такими как сталь, и c-BN меньше изнашивается при резке или шлифовании. (Его структура цинковой обманки похож на кубическую структуру алмаза, но с чередующимися типами атомов.) В настоящее время гипотетический материал, бета-нитрид углерода (β-C3N4), также может быть тяжелее или сложнее в одной форме. Было показано, что некоторые алмазы агрегаты с нанометровым размером зерна тверже и жестче, чем обычные крупные кристаллы алмаза, поэтому они лучше работают в качестве абразивного материала.[3][4] Благодаря использованию этих новых сверхтвердых материалов для испытания алмазов теперь известны более точные значения твердости алмаза. Поверхность, перпендикулярная [111] кристаллографическое направление (это самая длинная диагональ куба) чистого алмаза (то есть типа IIa) имеет значение твердости 167 ГПа при царапании наноалмаз острие, в то время как сам образец наноалмаза имеет значение 310 ГПа при испытании с другим острием наноалмаза. Поскольку тест работает правильно только с наконечником, сделанным из более твердого материала, чем тестируемый образец, истинное значение для наноалмаза, вероятно, несколько ниже 310 ГПа.[3]

Визуализация кубической элементарной ячейки алмаза: 1. Компоненты элементарной ячейки, 2. Одна элементарная ячейка, 3. Решетка из 3 × 3 × 3 элементарных ячеек.
Зависимость молярного объема от давления при комнатной температуре.
Трехмерная шариковая модель алмазной решетки.

Точный предел прочности алмазов неизвестно, однако прочность до 60ГПа наблюдалось, и теоретически оно может достигать 90–225 ГПа в зависимости от объема / размера образца, совершенства решетки алмаза и его ориентации: предел прочности на растяжение является самым высоким для [100] направление кристалла (перпендикулярно кубической грани), меньший для оси [110] и самый маленький для оси [111] (по самой длинной диагонали куба).[5] Алмаз также имеет один из самых маленьких сжимаемость из любого материала.

Кубический бриллианты имеют идеальный и легкий восьмигранный расщепление, а это значит, что у них всего четыре самолеты - слабые направления после лица октаэдра, где меньше связей - по которым алмаз может легко расколоться при тупом ударе, чтобы оставить гладкую поверхность. Точно так же твердость алмаза заметно направленный: самое сложное направление - это диагональ на куб лицо, в 100 раз тверже самого мягкого направления, которым является додекаэдр самолет. Октаэдрическая плоскость занимает промежуточное положение между двумя крайностями. В алмазная резка Процесс в значительной степени зависит от этой направленной твердости, так как без нее алмаз было бы почти невозможно изготовить. Расщепление также играет полезную роль, особенно в больших камнях, где резчик хочет удалить дефектный материал или произвести более одного камня из одного и того же необработанного куска (например, Куллинан Даймонд ).[6]

Алмазы кристаллизуются в алмазном кубе кристаллическая система (космическая группа Fd3м) и состоят из тетраэдрически, ковалентно связанные атомы углерода. Вторая форма называется лонсдейлит, с шестиугольник симметрия, но встречается крайне редко и образуется только в метеориты или в лабораторном синтезе. Локальное окружение каждого атома идентично в двух структурах. Из теоретических соображений ожидается, что лонсдейлит будет тверже алмаза, но размер и качество имеющихся камней недостаточны для проверки этой гипотезы.[7] С точки зрения кристальная привычка, алмазы чаще всего встречаются в виде кафедральный собор (правильно сформированные) или округлые октаэдры и двойник, уплощенные октаэдры с треугольным контуром. Другие формы включают додекаэдры и (редко) кубы. Есть свидетельства того, что азот примеси играют важную роль в образовании идиоморфных кристаллов правильной формы. Самые большие найденные алмазы, такие как алмаз Куллинан, были бесформенными. Эти алмазы чистые (то есть тип II) и поэтому содержат мало азота, если вообще содержат его.[6]

Грани алмазных октаэдров сильно блестящий из-за их твердости; дефекты роста треугольной формы (тригоны) или же ямки травления часто присутствуют на лицах. Бриллиант перелом может быть ступенчатым, раковинный (в виде раковины, похоже на стекло ) или нерегулярные. Алмазы почти круглой формы из-за образования нескольких ступенек на октаэдрических гранях обычно покрыты резиноподобной коркой (нью-йорк). Комбинация ступенчатых граней, дефектов роста и nyf создает «чешуйчатый» или гофрированный вид. Многие алмазы искажены настолько, что различимы лишь несколько граней кристаллов. Некоторые алмазы найдены в Бразилия и Демократическая Республика Конго находятся поликристаллический и представляют собой непрозрачные, темноокрашенные, сферические, радиальные массы крошечных кристаллов; они известны как баллас и важны для промышленности, так как у них отсутствуют плоскости спайности, как у монокристаллического алмаза. Карбонадо аналогичный непрозрачный микрокристаллический форма, которая встречается в бесформенных массах. Как и у алмаза баллас, у карбонадо отсутствуют плоскости спайности, а его удельный вес широко варьируется от 2,9 до 3,5. Борт алмазы, найденные в Бразилии, Венесуэла, и Гайана, являются наиболее распространенным типом промышленных алмазов. Они также поликристаллические и часто плохо кристаллизуются; они полупрозрачные и легко раскалываются.[6]

Из-за своей высокой твердости и сильной молекулярной связи ограненный алмаз грани а края граней кажутся самыми плоскими и острыми. Любопытный побочный эффект совершенства поверхности алмаза: водобоязнь в сочетании с липофилия. Первое свойство означает, что капля воды, помещенная на алмаз, образует когерентную каплю, в то время как в большинстве других минералов вода растекается и покрывает поверхность. Точно так же алмаз необычайно липофильный, что означает смазывать и масло легко собираются на поверхности алмаза. В то время как на других минералах нефть образует вязкие капли, на алмазе масло растекается. Это свойство используется при использовании так называемых «смазочных ручек», которые наносят полоску смазки на поверхность подозреваемого. имитатор алмазов. Алмазные поверхности гидрофобный когда поверхностные атомы углерода заканчиваются атомом водорода и гидрофильный когда поверхностные атомы заканчиваются атомом кислорода или гидроксильный радикал. Обработка газами или плазма содержащий соответствующий газ, при температуре 450 ° C или выше, может полностью изменить свойства поверхности.[8] Встречающиеся в природе алмазы имеют поверхность с менее чем наполовину монослойным покрытием кислорода, остальное - водород, и поведение является умеренно гидрофобным. Это позволяет отделить рудник от других полезных ископаемых с помощью так называемой «смазочной ленты».[9]

Стойкость

Бриллианты в Углошлифовальная машина лезвие

В отличие от твердости, которая обозначает только устойчивость к царапинам, алмазы стойкость или упорство справедливо только к добру. Прочность относится к способности противостоять поломке при падении или ударах. Из-за идеального и легкого раскола алмаза он уязвим для поломки. Если ударить обычным молотком, алмаз расколется.[10] Вязкость природного алмаза составляет 2,0 МПа · м.1/2, что хорошо по сравнению с другими драгоценными камнями, такими как аквамарин (синий цвет), но плохо по сравнению с большинством инженерных материалов. Как и в случае с любым другим материалом, макроскопическая геометрия алмаза способствует его устойчивости к разрушению. Алмаз имеет плоскость спайности и поэтому в одних ориентациях более хрупок, чем в других. Алмазные огранщики используют этот атрибут для раскалывания некоторых камней перед огранкой.[11][12]

Алмазы Ballas и Carbonado являются исключительными, поскольку они поликристаллические и поэтому намного прочнее, чем монокристаллический алмаз; они используются для долот для глубокого сверления и других сложных промышленных приложений.[13] Особые формы огранки алмазов более склонны к поломке и, таким образом, могут не подлежать страхованию в уважаемых страховых компаниях. В бриллиантовая огранка драгоценных камней разработан специально для уменьшения вероятности поломки или растрескивания.[6]

В алмазе обычно присутствуют твердые инородные кристаллы. В основном это минералы, такие как оливин, гранаты, Рубин, и много других.[14] Эти и другие включения, такие как внутренние трещины или «перья», могут нарушить структурную целостность алмаза. Ограненные бриллианты, которые были повышенная улучшить свои ясность заполнение трещин или полостей стеклом особенно хрупкое, так как стекло не выдерживает ультразвуковой чистка или строгость ювелирного факела. Алмазы с трещинами могут разбиться при неправильном обращении.[15]

Сопротивление давлению

Используется в так называемых алмазная наковальня эксперименты по созданию сред с высоким давлением, алмазы способны выдерживать давление дробления, превышающее 600 гигапаскалей (6 миллионов атмосферы ).[16]

Оптические свойства

Цвет и его причины

Синтетические алмазы различных цветов, выращенные методом высокого давления и высокой температуры, размер алмаза ~ 2 мм.
Чистые алмазы до и после облучения и отжига. По часовой стрелке слева снизу: 1) начальная (2 × 2 мм); 2–4) облученные разными дозами электронов 2 МэВ; 5–6), облученные разными дозами и отожженные при 800 ° C.
Основная статья: Кристаллографические дефекты в алмазе

Бриллианты бывают разных цветов: от черного, коричневого, желтого, серого, белого, синего, оранжевого, от фиолетового до розового и красного. Цветные бриллианты содержат кристаллографические дефекты, включая примеси замещения и структурные дефекты, вызывающие окрашивание. Теоретически чистые алмазы будут прозрачными и бесцветными. С научной точки зрения алмазы делятся на два основных типы и несколько подтипов в зависимости от характера имеющихся дефектов и их влияния на поглощение света:[6]

Алмаз типа I имеет азот (N) атомы в качестве основной примеси в концентрации до 1%. Если атомы N находятся в парах или более крупных агрегатах, они не влияют на цвет алмаза; это Тип Ia. Около 98% драгоценных алмазов относятся к типу Ia: эти алмазы относятся к Накидка серии, названный в честь богатого алмазами региона, ранее известного как Капская провинция в Южная Африка, чьи месторождения в основном относятся к типу Ia. Если атомы азота рассредоточены по всему кристаллу в отдельных узлах (не спаренных и не сгруппированных), они придают камню интенсивный желтый или иногда коричневый оттенок (тип Ib); редкие канареечные алмазы относятся к этому типу, который составляет лишь ~ 0,1% известных природных алмазов. Синтетический алмаз, содержащий азот, обычно относится к типу Ib. Бриллианты типа Ia и Ib поглощают как инфракрасный и ультрафиолетовый регион электромагнитный спектр, от 320нм. Они также имеют характерный спектр флуоресценции и видимого поглощения (см. Оптические свойства ).[17]

В алмазах типа II очень мало примесей азота, если они вообще отсутствуют. Чистый алмаз (тип IIa) может быть окрашен в розовый, красный или коричневый цвет из-за структурных аномалий, возникающих из-за Пластическая деформация во время роста кристаллов;[18] эти алмазы редки (1,8% драгоценных алмазов), но составляют значительный процент австралийских алмазов. Алмазы типа IIb, на долю которых приходится ~ 0,1% драгоценных алмазов, обычно имеют стальной синий или серый цвет из-за атомов бора, рассеянных внутри кристаллической матрицы. Эти бриллианты тоже полупроводники, в отличие от других типов алмазов (см. Электрические свойства ). Большинство сине-серых бриллиантов из Шахта Аргайл Австралии относятся не к типу IIb, а к типу Ia. Эти алмазы содержат большое количество дефектов и примесей (особенно водорода и азота), и происхождение их цвета пока не установлено.[19] Алмазы типа II слабо поглощают в другой области инфракрасного излучения (поглощение связано с решеткой алмаза, а не с примесями) и пропускают в ультрафиолете ниже 225 нм, в отличие от алмазов типа I. Они также имеют разные характеристики флуоресценции, но не имеют видимого спектра поглощения.[17]

Определенный улучшение алмазов методы обычно используются для искусственного создания набора цветов, включая синий, зеленый, желтый, красный и черный. Методы улучшения цвета обычно включают облучение, включая протон бомбардировка через циклотроны; нейтрон обстрел груды ядерные реакторы; и электрон бомбардировка Генераторы Ван де Граафа. Эти частицы высокой энергии физически изменяют алмазную кристаллическая решетка, выбивая атомы углерода с места и производя центры окраски. Глубина проникновения цвета зависит от техники и ее продолжительности, и в некоторых случаях алмаз может остаться. радиоактивный до некоторой степени.[6][20]

Некоторые облученные алмазы полностью натуральные; один известный пример - это Дрезденский зеленый бриллиант.[9] Этим натуральным камням цвет придают «радиационные ожоги» (естественное облучение альфа-частицы происходящих от урановая руда ) в виде небольших пятен, обычно только микрометры глубокий. Кроме того, структурные деформации алмазов типа IIa можно «исправить» с помощью процесса высокого давления и высокой температуры (HPHT), удаляющего большую часть или весь цвет алмаза.[21]

Блеск

Россыпь бриллиантов круглой огранки показывает множество отражающих граней.

В блеск алмаза описывается как «адамантин», что означает просто алмазоподобный. Отражения на гранях правильно ограненного алмаза не искажаются из-за их плоскостности. В показатель преломления алмаза (при измерении через натриевый свет, 589,3 нм) составляет 2,417. Поскольку алмаз имеет кубическую структуру, он также изотропный. Его высокий разброс 0,044 (изменение показателя преломления в видимом спектре) проявляется в видимой области спектра. Огонь огранки алмазов. Этот огонь - вспышки призматический Цвета прозрачных камней - это, пожалуй, самое важное оптическое свойство алмаза с точки зрения ювелирных украшений. Выступление или количество огня, видимого в камне, в значительной степени зависит от выбора алмазная огранка и связанные с ним пропорции (особенно высота короны), хотя цвет тела фантазийных (то есть необычных) бриллиантов может в некоторой степени скрывать их огонь.[20]

Более 20 других минералов имеют более высокую дисперсию (то есть разницу в показателе преломления для синего и красного света), чем алмаз, например титанит 0.051, андрадит 0.057, касситерит 0.071, титанат стронция 0.109, сфалерит 0,156, синтетический рутил 0.330, киноварь 0,4 и др. (См. разброс ).[22] Однако сочетание дисперсности с высокой твердостью, износостойкостью и химической стойкостью, а также грамотный маркетинг определяют исключительную ценность алмаза как драгоценного камня.

Флуоресценция

Фотография (вверху) и изображение фотолюминесценции при УФ-возбуждении (внизу) с пластины, вырезанной из синтетического алмаза (ширина ~ 3 мм). Большая часть желтого цвета и зеленого излучения происходит от никель примеси.

Выставка бриллиантов флуоресценция, то есть они излучают свет разного цвета и интенсивности в длинноволновом ультрафиолетовом свете (365 нм): камни серии Cape (тип Ia) обычно флуоресцируют синим цветом, и эти камни также могут фосфоресценция желтый, уникальное свойство среди драгоценных камней. Другие возможные цвета длинноволновой флуоресценции - зеленый (обычно для коричневых камней), желтый, лиловый или красный (для бриллиантов типа IIb).[23] В природных алмазах реакция на коротковолновое ультрафиолетовое излучение обычно незначительна, если вообще вообще существует, но для синтетических алмазов верно обратное. Некоторые природные алмазы типа IIb фосфоресцируют синим цветом после воздействия коротковолнового ультрафиолета. В природных алмазах флуоресценция под Рентгеновские лучи обычно голубовато-белый, желтоватый или зеленоватый. Некоторые алмазы, особенно канадские, не обладают флуоресценцией.[17][20]

Происхождение цветов люминесценции часто неясно и неоднозначно. Голубая эмиссия алмазов типов IIa и IIb надежно отождествляется с дислокациями путем прямой корреляции эмиссии с дислокациями в электронный микроскоп.[24] Однако голубая эмиссия в алмазе типа Ia может быть связана либо с дислокациями, либо с дефектами N3 (три атома азота, граничащие с вакансией).[25] Зеленое излучение в природном алмазе обычно связано с центром H3 (два замещающих атома азота, разделенных вакансией),[26] тогда как в синтетическом алмазе он обычно происходит из никель используется в качестве катализатора (см. рисунок).[17] Оранжевое или красное излучение может быть вызвано разными причинами, одна из которых азотно-вакансионный центр который присутствует в достаточном количестве во всех типах алмаза, даже типе IIb.[27]

Оптическое поглощение

Бриллианты серии Cape (Ia) имеют видимую спектр поглощения (как видно в прямом видении спектроскоп ) состоящий из тонкой фиолетовой линии при 415,5 нм; однако эта линия часто невидима, пока алмаз не охладится до очень низких температур. С этим связаны более слабые линии при 478 нм, 465 нм, 452 нм, 435 нм и 423 нм. Все эти линии обозначены как оптические центры N3 и N2 и связаны с дефектом, состоящим из трех атомов азота, граничащих с вакансией. Другие камни показывают дополнительные полосы: коричневые, зеленые или желтые бриллианты показывают полосу зеленого цвета при 504 нм (центр H3, см. Выше),[26] иногда сопровождается двумя дополнительными слабыми полосами при 537 нм и 495 нм (центр H4, большой комплекс, предположительно содержащий 4 замещающих атома азота и 2 вакансии решетки).[28] Алмазы типа IIb могут поглощать в далеком красном цвете из-за замещающего бора, но в остальном не показывают видимого спектра поглощения.[6]

Геммологический лаборатории используют спектрофотометр машины, которые могут различать натуральные, искусственные и цветныеусиленные бриллианты. Спектрофотометры анализируют инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый спектры поглощения и люминесценции алмазов, охлажденных жидкий азот для обнаружения характерных линий поглощения, которые обычно не различимы.[6][29]

Электрические свойства

Бриллиант хороший электрик изолятор с удельным сопротивлением от 100 ГОм · м до 1 Ом · м[30] (1011 до 1018 Ом · м). Большинство натуральных голубых бриллиантов являются исключением и полупроводники из-за подмены бор примеси, замещающие атомы углерода. Природные синие или серо-голубые бриллианты, распространенные Алмазный рудник Аргайл в Австралия, богаты водород; эти алмазы не являются полупроводниками, и неясно, действительно ли водород отвечает за их сине-серый цвет.[19] Природные голубые бриллианты, содержащие бор, и синтетические алмазы допированный с бором полупроводники p-типа. N-тип Пленки алмаза воспроизводимо синтезируются легированием фосфором во время химическое осаждение из паровой фазы.[31] Диод p-n переходы и УФ светодиоды (Светодиоды, при 235 нм) были получены последовательным нанесением слоев p-типа (легированный бором) и n-типа (легированный фосфором).[32]

Алмаз транзисторы были произведены (в исследовательских целях).[33] Полевые транзисторы с диэлектрическими слоями SiN и SC-полевые транзисторы были сделаны.[34]

В апреле 2004 г. журнал Природа сообщили, что ниже температуры сверхпроводящего перехода 4K, легированный бором алмаз, синтезированный при высокой температуре и высоком давлении, является объемным сверхпроводником.[35] Позднее сверхпроводимость наблюдалась в сильно легированных бором пленках, выращенных различными способами. химическое осаждение из паровой фазы методов, а самая высокая зарегистрированная температура перехода (к 2009 г.) составляет 11,4 К.[36][37] (Смотрите также Ковалентный сверхпроводник # Алмаз )

Необычные магнитные свойства (состояние спинового стекла) наблюдались в нанокристаллах алмаза, интеркалированных калием.[38] В отличие от парамагнитного основного материала, измерения магнитной восприимчивости интеркалированного наноалмаза показали отчетливое ферромагнитное поведение при 5 К. Это существенно отличается от результатов интеркаляции калия в графите или фуллерене C60 и показывает, что sp3-связывание способствует магнитному упорядочению в углероде. Измерения представили первые экспериментальные доказательства индуцированного интеркаляцией состояния спинового стекла в системе нанокристаллического алмаза.

Теплопроводность

В отличие от большинства электрических изоляторов, алмаз является хорошим проводником тепла из-за сильной ковалентной связи и низкого рассеяния фононов. Измеренная теплопроводность природного алмаза составила около 2200 Вт / (м · К), что в пять раз больше, чем серебро, самый теплопроводный металл. Монокристаллический синтетический алмаз обогащен до 99,9% изотопом 12C имел самый высокий теплопроводность любого известного твердого вещества при комнатной температуре: 3320 Вт / (м · К), хотя есть сообщения о превосходной теплопроводности как углеродных нанотрубок, так и графена.[39][40] Поскольку алмаз имеет такую ​​высокую теплопроводность, он уже используется в производстве полупроводников для предотвращения кремний и другие полупроводниковые материалы от перегрева. При более низких температурах проводимость становится еще лучше и достигает 41000 Вт / (м · К) при 104 К (12C-обогащенный алмаз).[40]

Высокая теплопроводность алмаза используется ювелирами и геммологами, которые могут использовать электронные приборы. тепловой зонд отличить бриллианты от их имитаций. Эти датчики состоят из пары батарей с питанием от термисторы установлен в тонком медном наконечнике. Один термистор работает как нагревательное устройство, а другой измеряет температуру медного наконечника: если исследуемый камень представляет собой алмаз, он будет проводить тепловую энергию наконечника достаточно быстро, чтобы вызвать измеримое падение температуры. Этот тест занимает около 2–3 секунд. Однако старые зонды будут обмануты. муассанит, кристаллическая минеральная форма Карбид кремния введен в 1998 году в качестве альтернативы алмазу, имеющему аналогичную теплопроводность.[6][29]

Термостойкость

Алмаз и графит - это два аллотропа углерода: чистые формы одного и того же элемента, различающиеся по структуре.

Будучи формой углерода, алмаз окисляется на воздухе при нагревании выше 700 ° C.[41] В отсутствие кислорода, например в потоке высокой чистоты аргон газ, алмаз можно нагреть примерно до 1700 ° C.[42][43] Его поверхность чернеет, но ее можно восстановить повторной полировкой. При высоком давлении (~ 20 ГПа) алмаз можно нагревать до 2500 ° C,[44] в отчете, опубликованном в 2009 году, говорится, что алмаз может выдерживать температуру 3000 ° C и выше.[45]

Бриллианты углеродные кристаллы которые образуются глубоко под землей при высоких температурах и экстремальных давлениях. При приземном давлении воздуха (одна атмосфера) алмазы не так стабильны, как графит, поэтому распад алмаза термодинамически благоприятный (δЧАС = −2 кДж / моль).[20] Итак, вопреки Де Бирс 'рекламная кампания с 1948 по 2013 год под лозунгом «Бриллиант навсегда»,[46] бриллианты определенно не вечны. Однако из-за очень большого кинетическая энергия барьер, бриллианты метастабильный; они не разлагаются на графит под нормальные условия.[20]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Банерджи, Амит; и другие. (20 апреля 2018 г.). «Сверхбольшая упругая деформация наноразмерного алмаза». Наука. 360 (6386): 300–302. Дои:10.1126 / science.aar4165. PMID  29674589.
  2. ^ Liddell, H.G .; Скотт, Р. «Адамас». Греко-английский лексикон. Проект Персей.
  3. ^ а б Бланк, В .; Попов, М .; Пивоваров, Г .; Львовская, Н .; и другие. (1998). «Сверхтвердые и сверхтвердые фазы фуллерита С60: сравнение с алмазом по твердости и износу». Алмаз и сопутствующие материалы. 7 (2–5): 427. Bibcode:1998DRM ..... 7..427B. CiteSeerX  10.1.1.520.7265. Дои:10.1016 / S0925-9635 (97) 00232-X.
  4. ^ Ирифуне, Т .; Курио, А .; Sakamoto, S .; Inoue, T .; и другие. (2003). «Сверхтвердый поликристаллический алмаз из графита». Природа. 421 (6923): 599–600. Bibcode:2003Натура.421..599I. Дои:10.1038 / 421599b. PMID  12571587.
  5. ^ Рассказывая, Р. Х .; Pickard, C.J .; Payne, M.C .; Филд, Дж. Э. (2000). «Теоретическая прочность и спайность алмаза». Письма с физическими проверками. 84 (22): 5160–5163. Bibcode:2000ПхРвЛ..84.5160Т. Дои:10.1103 / PhysRevLett.84.5160. PMID  10990892.
  6. ^ а б c d е ж грамм час я Читайте, П. Г. (1999). Геммология (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. С. 52, 53, 275, 276. ISBN  978-0-7506-4411-2.
  7. ^ Пан, Zicheng; Sun, Hong; Чжан, И; Чен, Чанфэн (2009). «Тверже, чем алмаз: превосходная прочность на вдавливание вюрцита BN и лонсдейлита». Письма с физическими проверками. 102 (5): 055503. Bibcode:2009ПхРвЛ.102э5503П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.102.055503. PMID  19257519. Сложить резюме – Physorg.com (12 февраля 2009 г.).
  8. ^ Hansen, J. O .; Copperthwaite, R.G .; Derry, T. E .; Пратт, Дж. М. (1989). «Тензиометрическое исследование граней алмаза (111) и (110)». Журнал коллоидной и интерфейсной науки. 130 (2): 347–358. Bibcode:1989JCIS..130..347H. Дои:10.1016/0021-9797(89)90114-8.
  9. ^ а б Харлоу, Г. Э. (1998). Природа алмазов. Издательство Кембриджского университета. С. 112, 223. ISBN  978-0-521-62935-5.
  10. ^ Лаборатория действий. "Можно ли разбить алмаз молотком?". Получено 14 июн 2020.
  11. ^ Вебер, М. Дж. (2002). Справочник по оптическим материалам. CRC Press. п. 119. ISBN  978-0-8493-3512-9.
  12. ^ Филд, J. E .; Фриман, К. Дж.(1981). «Прочностные и трещиностойкость алмаза». Философский журнал А. 43 (3): 595–618. Bibcode:1981PMagA..43..595F. Дои:10.1080/01418618108240397.
  13. ^ Moriyoshi, Y .; Камо, М .; Setaka, N .; Сато, Ю. (1983). «Микроструктура природных поликристаллов алмаза, карбонадо и баллас». Журнал материаловедения. 18 (1): 217–224. Bibcode:1983JMatS..18..217M. Дои:10.1007 / BF00543828.
  14. ^ Якубовский, К .; Адрианссенс, Г. Дж. (2002). Комментарий к статье «Доказательства наличия центра дефектов Fe в алмазе»'" (PDF). Журнал физики: конденсированное вещество. 14 (21): 5459. Bibcode:2002JPCM ... 14.5459I. Дои:10.1088/0953-8984/14/21/401.
  15. ^ Тейлор, W.R .; Lynton, A.J .; Ридд, М. (1990). «Агрегация азотных дефектов в некоторых австралийских алмазах: временные и температурные ограничения на регионы-источники трубчатых и аллювиальных алмазов» (PDF). Американский минералог. 75: 1290–1310.
  16. ^ Воган, Тим (2 ноября 2012 г.). «Улучшенная ячейка с алмазной наковальней позволяет создавать более высокие давления». Мир физики. Получено 8 декабря 2014.
  17. ^ а б c d Уокер, Дж. (1979). «Оптическое поглощение и люминесценция в алмазе» (PDF). Rep. Prog. Phys. 42 (10): 1605–1659. Bibcode:1979RPPh ... 42,1605Вт. CiteSeerX  10.1.1.467.443. Дои:10.1088/0034-4885/42/10/001.
  18. ^ Hounsome, L. S .; Jones, R .; Martineau, P .; Фишер, Д .; и другие. (2006). «Происхождение коричневой окраски в алмазе». Phys. Ред. B. 73 (12): 125203. Bibcode:2006PhRvB..73l5203H. Дои:10.1103 / PhysRevB.73.125203.
  19. ^ а б Якубовский, К .; Адрианссенс, Г. Дж. (2002). «Оптическая характеристика природных алмазов Аргайл» (PDF). Алмаз и сопутствующие материалы. 11 (1): 125. Bibcode:2002DRM .... 11..125I. Дои:10.1016 / S0925-9635 (01) 00533-7.
  20. ^ а б c d е Webster, R .; Прочтите, П. Г. (2000). Драгоценные камни: их источники, описание и идентификация. Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-7506-1674-4.
  21. ^ Коллинз, А. Т .; Коннор, А .; Ly, C .; Шариф, А .; Копье, П. М. (2005). «Высокотемпературный отжиг оптических центров в алмазе I рода». Журнал прикладной физики. 97 (8): 083517–083517–10. Bibcode:2005ЯП .... 97х3517С. Дои:10.1063/1.1866501.
  22. ^ Шуман, Вальтер (2009). Драгоценные камни мира (4-е изд.). Стерлинг. п. 42. ISBN  978-1-4027-6829-3.
  23. ^ Eaton-Magaña, S .; Post, J. E .; Хини, П. Дж .; Freitas, J .; и другие. (2008). «Использование фосфоресценции в качестве отпечатка пальца для Надежды и других голубых бриллиантов». Геология (Абстрактные). 36 (1): 83–86. Bibcode:2008Гео .... 36 ... 83E. Дои:10.1130 / G24170A.1.
  24. ^ Hanley, P.L .; Kiflawi, I .; Ланг, А. Р. (1977). «О топографически идентифицируемых источниках катодолюминесценции в природных алмазах». Фил. Пер. Рой. Soc. А. 284 (1324): 329–368. Bibcode:1977RSPTA.284..329H. Дои:10.1098 / Рста.1977.0012. JSTOR  74759.
  25. ^ ван Вик, Дж. А. (1982). «Сверхтонкое взаимодействие углерода-12 с уникальным углеродом центра P2 (ESR) или N3 (оптический) в алмазе». Журнал физики C: Физика твердого тела. 15 (27): L981 – L983. Bibcode:1982JPhC ... 15L.981V. Дои:10.1088/0022-3719/15/27/007.
  26. ^ а б Дэвис, G .; Назаре, М. Х .; Хамер, М. Ф. (1976). «Вибронная полоса H3 (2.463 эВ) в алмазе: эффекты одноосного напряжения и нарушение зеркальной симметрии». Труды Королевского общества А. 351 (1665): 245. Bibcode:1976RSPSA.351..245D. Дои:10.1098 / rspa.1976.0140.
  27. ^ Freitas, J. A .; Klein, P. B .; Коллинз, А. Т. (1993). «Обнаружение новой полосы вибронной люминесценции в полупроводниковом алмазе». Письма об электронике. 29 (19): 1727–1728. Дои:10.1049 / el: 19931148.
  28. ^ де Са, Э. С .; Дэвис, Г. (1977). "Исследование одноосного напряжения вибронных полос 2,498 эВ (H4), 2,417 эВ и 2,536 эВ в алмазе". Труды Королевского общества А. 357 (1689): 231–251. Bibcode:1977RSPSA.357..231S. Дои:10.1098 / rspa.1977.0165.
  29. ^ а б О'Донохью, М .; Джойнер, Л. (2003). Идентификация драгоценных камней. Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-7506-5512-5.
  30. ^ Фроментин, Сара (2004). Гленн Элерт (ред.). «Удельное сопротивление углерода, алмаза». Справочник по физике. Получено 30 декабря 2011.
  31. ^ Коидзуми, S .; Nebel, C.E .; Несладек, М. (2008). Физика и применение CVD-алмаза. Wiley VCH. С. 200–240. ISBN  978-3-527-40801-6.
  32. ^ Коидзуми, S .; Watanabe, K .; Hasegawa, M .; Канда, Х. (2001). «Ультрафиолетовое излучение алмазного pn перехода». Наука. 292 (5523): 1899–1901. Bibcode:2001Научный ... 292.1899K. Дои:10.1126 / science.1060258. PMID  11397942.
  33. ^ Гейс, М.В. (1991). «Характеристики и изготовление алмазных транзисторов». Труды IEEE. 79 (5): 669–676. Дои:10.1109/5.90131.
  34. ^ Wang, W .; Hu, C .; Li, S. Y .; Ли, Ф. Н .; Liu, Z. C .; Wang, F .; Fu, J .; Ван, Х. X. (2015). «Полевые транзисторы на основе алмаза с затвором из Zr и SiN.Икс Диэлектрические слои ». Журнал наноматериалов. 2015: 1–5. Дои:10.1155/2015/124640.
  35. ^ Екимов, Э .; Сидоров, В. А .; Bauer, E.D .; Мельник, Н. Н .; и другие. (2004). «Сверхпроводимость в алмазе» (PDF). Природа. 428 (6982): 542–545. arXiv:cond-mat / 0404156. Bibcode:2004Натура.428..542E. Дои:10.1038 / природа02449. PMID  15057827.
  36. ^ Takano, Y .; Takenouchi, T .; Ishii, S .; Ueda, S .; и другие. (2007). «Сверхпроводящие свойства гомоэпитаксиального CVD-алмаза». Алмаз и сопутствующие материалы. 16 (4–7): 911–914. Bibcode:2007DRM .... 16..911T. Дои:10.1016 / j.diamond.2007.01.027.
  37. ^ Такано, Ю. (2006). "Обзор". Sci. Technol. Adv. Матер. 7 (S1): S1. Bibcode:2006STAdM ... 7S ... 1T. Дои:10.1016 / j.stam.2006.06.003.
  38. ^ Козлов, М. Э .; Uwe, H .; Токумото, М .; Якуши, К. (1997). «Спин-стеклование нанокристаллического алмаза, интеркалированного калием». Журнал физики: конденсированное вещество. 9 (39): 8325. Bibcode:1997JPCM .... 9,8325 тыс.. Дои:10.1088/0953-8984/9/39/016.
  39. ^ Энтони, Т. Р .; Banholzer, W. F .; Fleischer, J. F .; Вэй, Ланьхуа; и другие. (1990). «Теплопроводность изотопно обогащенных 12С бриллиантом ». Физический обзор B. 42 (2): 1104–1111. Bibcode:1990ПхРвБ..42.1104А. Дои:10.1103 / PhysRevB.42.1104. PMID  9995514.
  40. ^ а б Вэй, Ланьхуа; Kuo, P.K .; Thomas, R. L .; Энтони, Т. Р .; Банхольцер, В. Ф. (1993). «Теплопроводность изотопно модифицированного монокристалла алмаза». Письма с физическими проверками. 70 (24): 3764–3767. Bibcode:1993PhRvL..70.3764W. Дои:10.1103 / PhysRevLett.70.3764. PMID  10053956.
  41. ^ John, P .; Polwart, N .; Труппа, C.E .; Уилсон, Дж. И. Б. (2002). «Окисление (100) текстурированного алмаза». Алмаз и сопутствующие материалы. 11 (3–6): 861. Bibcode:2002DRM .... 11..861J. Дои:10.1016 / S0925-9635 (01) 00673-2.
  42. ^ Дэвис, G .; Эванс, Т. (1972). «Графитизация алмаза при нулевом и высоком давлении». Труды Королевского общества А. 328 (1574): 413–427. Bibcode:1972RSPSA.328..413D. Дои:10.1098 / rspa.1972.0086.
  43. ^ Evans, T .; Джеймс, П. Ф. (1964). «Исследование превращения алмаза в графит». Труды Королевского общества А. 277 (1369): 260–269. Bibcode:1964RSPSA.277..260E. Дои:10.1098 / rspa.1964.0020.
  44. ^ Evans, T .; Ци, З .; Магуайр, Дж. (1981). «Этапы агрегации азота в алмазе». Журнал физики C: Физика твердого тела. 14 (12): L379. Bibcode:1981JPhC ... 14L.379E. Дои:10.1088/0022-3719/14/12/005.
  45. ^ Шацкий, А .; Yamazaki, D .; Morard, G .; Cooray, T .; Matsuzaki, T .; Higo, Y .; Funakoshi, K .; Sumiya, H .; Ито, Э .; Кацура, Т. (2009). «Алмазный нагреватель, легированный бором, и его применение в больших объемах, при высоком давлении и высоких температурах». Rev. Sci. Instrum. 80 (2): 023907–023907–7. Bibcode:2009RScI ... 80b3907S. Дои:10.1063/1.3084209. PMID  19256662.
  46. ^ Салливан, Кортни (3 мая 2013 г.). «Как бриллианты стали навсегда». Нью-Йорк Таймс. Получено 3 декабря 2014.

дальнейшее чтение

  • Пагель-Тайзен, Верена. (2001). Азбука классификации алмазов: руководство (9-е изд.), Стр. 84–85. Rubin & Son n.v .; Антверпен, Бельгия. ISBN  3-9800434-6-0
  • Вебстер, Роберт и Джоббинс, Э. Аллан (ред.). (1998). Справочник геммолога, п. 21, 25, 31. St Edmundsbury Press Ltd, Бери-Сент-Эдвардс. ISBN  0-7198-0291-1

внешняя ссылка