Os diamantes são difíceis de fazer. Eles se formam no manto superior da Terra, a cerca de cento e cinquenta quilômetros abaixo da superfície, sob pressões de esmagamento de crânio e temperaturas de derretimento de rochas. Embora a replicação dessas condições no laboratório esteja se tornando comum, o equipamento para fazê-lo é caro e o processo pode levar de dias a semanas.
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Agora, depois de décadas de testes, uma equipe da North Carolina State University descobriu uma maneira rápida de fazer diamantes que podem ser feitos sem apertar o carbono sob pressão extrema ou aquecê-lo com cozimento convencional.
"Converter carbono em diamante tem sido uma meta aclamada por cientistas de todo o mundo por muito tempo", diz Jagdish Narayan, principal autor do estudo publicado esta semana no Journal of Applied Physics .
Surpreendentemente, no processo de elaboração de seus diamantes, Narayan e sua equipe também descobriram uma nova fase do carbono, apelidado de Q-carbon. Este material bizarro é ainda mais resistente que o diamante, é magnético e emite um brilho suave. Além de seu papel na produção de diamantes mais rápidos e mais baratos, o carbono Q pode encontrar usos em displays eletrônicos e pode ajudar nossa compreensão do magnetismo em outros planetas.
Mudar carbono em diamante requer uma enorme quantidade de energia, razão pela qual se pensava que formavam apenas sob altas pressões e temperaturas, explica a geofísica Rebecca Fischer, pós-doutoranda do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, que não esteve envolvida na pesquisa. .
Mas de acordo com Narayan, tudo está na velocidade. "Através do processo rápido, podemos essencialmente enganar a mãe natureza", diz ele.
Sob pressão de sala regular, a equipe expôs o carbono amorfo, que não possui estrutura de cristal, a pulsos de laser extremamente curtos. Isso aqueceu o carbono até aproximadamente 6.740 graus Fahrenheit - como uma comparação, a superfície do sol é de cerca de 10.000 graus Fahrenheit.
A poça de carbono derretido foi então rapidamente resfriada, ou resfriada, para formar o novo e resistente carbono-Q.
Outras versões de carbono exibem propriedades muito diferentes - como grafite opaca e macia versus diamantes duros e brilhantes - e carbono Q não é exceção. Quando o carbono derrete, por exemplo, os laços entre os átomos encurvam e não têm tempo para se alongar novamente quando o material se esfria subitamente. Isso torna o produto acabado mais denso e mais duro que o diamante.
Ainda mais emocionante é que o carbono Q é magnético à temperatura ambiente - um dos poucos materiais de carbono magnético já produzidos. E devido ao seu arranjo atômico específico, o material emite pequenas quantidades de luz. Essas propriedades podem tornar o Q-carbon extremamente valioso para futuras aplicações eletrônicas.
Seu uso mais imediato, no entanto, está ajudando na criação de diamantes. Alterando ligeiramente as taxas nas quais o carbono fundido esfria, os cientistas podem usá-lo para cultivar cristais de diamantes em várias formas, como nanodiaedles, microagulhas, nanopontos e filmes, explica Narayan.
Uma imagem em close mostrando microdiamonds feitos usando a nova técnica. (Journal of Applied Physics) O processo é barato, em parte porque usa um laser que já é popular para cirurgias oculares a laser. Além disso, o método cresce diamantes em questão de nanossegundos.
"Podemos fazer um quilate em cerca de 15 minutos", diz Narayan.
Neste momento, os diamantes são pequenos - o maior tem cerca de 70 mícrons de largura, ou aproximadamente a largura de um cabelo humano, de acordo com Narayan. Mas ele está confiante de que o processo pode ser ampliado. Neste ponto, o principal limite para o tamanho da gema é o laser, diz ele, e o feixe mais largo pode produzir diamantes maiores.
Mas, em vez de produzir uma grande jóia, o método é provavelmente mais promissor para a produção em massa de sparklers menores, diz Fischer.
Pequenos diamantes são úteis em uma variedade de campos, incluindo eletrônica, medicina e abrasivos, explica o físico Keal Byrne, também pesquisador de pós-doutorado no museu de história natural. “Ter uma nova maneira de criar [diamantes] - especialmente um que evita muita infraestrutura dos velhos métodos - é ótimo”, diz Byrne.
A equipe agora está focada em entender as intrigantes propriedades do carbono-Q, mesmo sugerindo que ele poderia ajudar a explicar os campos magnéticos de outros planetas que não parecem ter dínamos ativos.
Mas há muito mais a aprender antes de podermos colocar esses tipos de teorias à prova, Byrne diz: “É uma descoberta realmente interessante. [Mas] o que vem disso - agora essa é a parte interessante. "
