الماس، دیگر سخت‌ترین ماده جهان نیست
فازها، فرم‌های مجزایی از یک ماده‌ی یکسان هستند. در حال حاضر گرافیت و الماس دو فاز جامد شناخته شده از کربن هستند. اما تحقیقات اخیر نشان از وجود فاز جامد جدید و نادری موسوم به Q-carbon دارد. جِی نِرایان عضو اصلی گروه پژوهشی دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می‌گوید: ما اکنون سومین فاز جامد کربن را …
فازها، فرم‌های مجزایی از یک ماده‌ی یکسان هستند. در حال حاضر گرافیت و الماس دو فاز جامد شناخته شده از کربن هستند. اما تحقیقات اخیر نشان از وجود فاز جامد جدید و نادری موسوم به Q-carbon دارد.
جِی نِرایان عضو اصلی گروه پژوهشی دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی می‌گوید:
ما اکنون سومین فاز جامد کربن را ساخته‌ایم. این فاز جدید در حالت طبیعی ممکن است تنها در هسته‌ی برخی از سیارات یافت شود.
Q-carbon علاوه بر آنکه فاز بسیار نادری از کربن محسوب می‌شود، خواص بسیار عجیبی نیز دارد که موجب شگفتی دانشمندان شده است. از جمله‌ی مهم‌ترین خواص آن می‌توان به مواردی مانند داشتن جنسی سخت‌تر از الماس و درخشش آن حتی در مجاورت سطوح پایین انرژی اشاره کرد.
Q-carbon برخلاف الماس و گرافیت، فرومغناطیس است. نرایان در این رابطه می‌گوید:
در ابتدا حتی در تصورات خود نیز چنین چیزی را امکان‌پذیر نمی‌دانستیم. استحکام بالای Q-carbon و سطح پایین “تابع کار” آن (تمایل آن برای آزادسازی الکترون)، آن را به گزینه‌ای مناسب برای توسعه‌ی فناوری‌های جدید صفحات نمایشی الکترونیکی بدل کرده است.
اما در شرایط کنونی مهم‌ترین ویژگی Q-carbon قابلیت آن در کاهش هزینه‌ها و ساده‌تر کردن فرایند ایجاد ساختار الماس است؛ چرا که الماس کاربرد بسیار گسترده‌ای در دنیای پزشکی و صنایع مختلف دارد. در حال حاضر تولید الماس مصنوعی مستلزم اعمال میزان بسیار بالایی از حرارت و فشار است؛ اما با شیوه‌ی جدید، تولید الماس در دمای اتاق و فشار عادی محیط نیز امکان‌پذیر است.
و اما ساز و کار شیوه‌ی جدید چگونه است؟ پاسخ این سوال به فرآیند ساخت Q-carbon باز می‌گردد. دانشمندان در ابتدا کار خود را با زیرلایه‌ای مانند شیشه یا پلیمر پلاستیک آغاز کردند؛ سپس روکشی از کربن آمورف (نوعی از کربن که ساختار کریستالی منظمی ندارد) به آن اضافه کردند.
وقتی پالس کوتاهی از لیزر به کربن برخورد می‌کند، دما به سرعت به ۳۷۲۷ درجه‌ی سلسیوس می‌رسد؛ با کاهش سریع دما لایه‌ای از Q-carbon تشکیل می‌شود. اما پژوهشگران با مغشوش ساختن زیرلایه و زمان اعمال پالس لیزر، قادر به تغییر سرعت سرد شدن ماده هستند، بنابراین آن‌ها قادر به ایجاد ساختارهای الماس در Q-carbon هستند.
نرایان می‌گوید:
ما قادر به ساخت نانوسوزن‌ها، میکروسوزن‌ها، نانودات‌ها و لایه‌های مسطحی از الماس برای استفاده در کاربردهایی نظیر انتقال مواد دارویی به بدن، فرآیندهای صنعتی، ساخت سوئیچ‌های دمایی مناسب برای دماهای بالا و “الکترونیک قدرت” هستیم.
نانوسوزن‌ها و میکروسوزن‌ها، سوزن‌های فوق‌العاده باریکی هستند که در کاربردهای پزشکی با دقت بسیار بالا استفاده می‌شوند. نانودات‌ها ساختارهای بسیار ریز با توانایی تولید میدان‌های مغناطیسی یا الکتریکی بسیار کوچک هستند. از این ساختارها می‌توان در ذخیره‌سازی حجم بسیار بالایی از اطلاعات و انرژی و همچنین ساخت دستگاه‌های انتشار نور استفاده کرد.
نرایان می‌گوید:
این قطعات الماس دارای ساختار کریستالی یگانه‌ای هستند. بنابراین استحکام آن‌ها از موادی با ساختار پلی کریستال بالاتر است. این در حالی است که قطعات یاد شده در دمای اتاق و فشار هوای محیط ساخته می‌شوند. ما عملا از لیزری به کار رفته در جراحی چشم استفاده می‌کنیم. بنابراین فرآیند یاد شده علاوه بر آن که منجر به توسعه‌ی کاربردهای جدید خواهد شد، انجام آن نیز مستلزم صرف هزینه‌ی بسیار پایینی است.
امکان ساخت الماس ارزان قیمت طی فرآیندی ساده‌تر و سریع‌تر خبر بسیار خوبی برای بسیاری از صنایع خواهد بود؛ چرا که علاوه بر کاهش هزینه‌ها، ابزارهای بسیار کمتری نیز برای انجام روش جدید مورد نیاز است. اما چرا با وجود سخت‌تر بودن Q-carbon نسبت به الماس، آن را در صنایع مختلف جایگزین الماس نمی‌کنیم؟ پاسخ این است که فاز جدید هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد.
نرایان در پایان می‌افزاید:
ما امکان تولید نوارهای Q-carbon را داریم و در حال بررسی خواص آن هستیم؛ اما کماکان در ابتدای راه قرار داریم و اطلاعات چندانی در خصوص چگونگی اعمال تغییرات در آن را نداریم. ما اطلاعات زیادی در مورد الماس داریم؛ بنابراین می‌توانیم نانودات‌هایی از جنس الماس را تولید کنیم. اما در حال حاضر امکان ساخت نانودات یا میکروسوزنی از جنس Q-carbon نداریم و کماکان در حال کار بر روی آن هستیم.
176/
