Científicos logran producir diamantes en solo 150 minutos.

Chau miles de millones de años.

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El diamante tiene renombre específicamente como un material con características físicas superlativas, muchas de las cuales derivan del fuerte enlace covalente entre sus átomos. En particular, el diamante tiene la más alta dureza y conductividad térmica de todos los materiales conocidos por el ser humano. Estas propiedades determinan que la principal aplicación industrial del diamante sea en herramientas de corte y de pulido, además de otras aplicaciones. ​

La formación de un diamante natural es un proceso extremadamente lento que puede llevar entre 1.000 y 3.300 millones de años. Esto ocurre en las profundidades de la Tierra, bajo condiciones extremas de presión y temperatura (entre 140 y 190 km de profundidad, a temperaturas de 1.200 a 1.300 grados Celsius).

Los diamantes creados en laboratorio, también conocidos como diamantes sintéticos, se fabrican en un entorno controlado utilizando tecnología avanzada. El proceso de crecimiento es mucho más rápido que el de los diamantes naturales, y puede tardar entre unas pocas semanas o varios meses, dependiendo del tamaño y las características deseadas del diamante.

Ahora, un nuevo método basado en la mezcla de metales líquidos ha mejorado ese tiempo considerablemente: a solo cuestión de minutos. Aunque aún se requieren altas temperaturas —en el rango de 1.025 °C—, los científicos lograron formar una película continua de diamante en 150 minutos, y a 1 atm (o unidad de atmósfera estándar). Eso equivale a la presión que sentimos a nivel del mar, y es decenas de miles de veces menos que la presión normalmente requerida.

El equipo detrás de este enfoque innovador, liderado por investigadores del Instituto de Ciencia Básica en Corea del Sur, está seguro de que el proceso puede escalarse para marcar una diferencia significativa en la producción de diamantes sintéticos.

Cultivando diamantes

Disolver carbono en metal líquido para la fabricación de diamantes no es del todo nuevo. Por ejemplo, General Electric desarrolló un proceso hace medio siglo utilizando sulfuro de hierro fundido. Pero estos procesos aún requerían presiones de 5-6 gigapascales y una «semilla» de diamante para que el carbono se adhiriera.

«Descubrimos un método para cultivar diamantes a 1 atm de presión y a una temperatura moderada utilizando una aleación de metal líquido», escriben los investigadores en su artículo publicado publicado en Nature.

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La síntesis de diamantes en una superficie de metal líquido que está en contacto con grafito. Crédito: Yan Gong et al., Nature, 2024. ​

La reducción de presión se logró mediante una mezcla cuidadosa de metales líquidos: galio, hierro, níquel y silicio. Se construyó un sistema de vacío hecho a medida dentro de una carcasa de grafito para calentar y enfriar muy rápidamente el metal mientras estaba expuesto a una combinación de metano e hidrógeno.

Estas condiciones hacen que los átomos de carbono del metano se dispersen en el metal fundido, actuando como semillas para los diamantes. Después de solo 15 minutos, pequeños fragmentos de cristales de diamante salieron del metal líquido justo debajo de la superficie, mientras que dos horas y media de exposición produjeron una película continua de diamante.

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Crédito: Yan Gong et al., Nature, 2024. ​

Aunque la concentración de carbono formando los cristales disminuyó a una profundidad de solo unos pocos cientos de nanómetros, los investigadores esperan que el proceso pueda mejorarse con algunos ajustes.

«Sugerimos que modificaciones simples podrían permitir el crecimiento de diamantes sobre una área muy grande utilizando una superficie o interfaz mayor, configurando elementos calefactores para lograr una región de crecimiento potencial mucho más grande y distribuyendo carbono a la región de crecimiento del diamante de nuevas formas», escriben los investigadores.

Esas modificaciones llevarán tiempo, y la investigación sobre este proceso aún está en sus primeras etapas, pero los autores del nuevo estudio creen que tiene un gran potencial, y que otros metales líquidos podrían incorporarse para obtener resultados similares o incluso mejores.

Fuente: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07339-7