الماس مصنوعی به صورت مصنوعی و توسط انسان در آزمایشگاه ساخته می شود. این الماس را با نامهای الماس آزمایشگاهی، الماس مهندسی شده ویا الماس پرورش یافته نیز می شناسیم. این الماس با استفاده از تکنیکهای مختلف فیزیکی و شیمیایی و با هدف تولید مجدد ساختار الماسهای طبیعی تولید می شود. این نوع الماس که نوعی سنگ قیمتی نیز محسوب می شود، در آزمایشگاه های مخصوص، با نظارت بسیار بالا و با استفاده از شرایط فیزیکی و شیمیایی محیط طبیعی زمین که در آن یک الماس طبیعی تشکیل می شود، شبیه سازی و تولید می شود.
در این مطلب موضوعات زیر را مطالعه خواهید کرد:
خواص فیزیکی و ساختاری الماس مصنوعی
الماسهای آزمایشگاهی معمولاً خالصتر از الماسهای طبیعی هستند. الماس مصنوعی با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی یک الماس طبیعی، تولید می شود. به همین دلیل نیز از 100% کربن ساخته می شوند و خواص هر الماس طبیعی را دارند. به عنوان مثال، درخشندگی آدامانتین یا الماس گونه، سختی بالای 10 در مقیاس موس، کریستالوگرافی یا بلورشناسی آن و رنگ شفاف و متنوع آن، از جمله این موارد است.
کاربرد الماس مصنوعی در صنعت جواهرسازی
یکی از کاربردهای مهم آن، استفاده از آن در ساخت جواهرات لوکس مانند انگشتر، زنجیر، آویز، گوشواره و … است. مزیت بزرگ این جواهرات لوکس این است که ارزانتر از جواهراتی هستند که با الماس طبیعی هستند. الماسهای مصنوعی که به عنوان سنگ قیمتی استفاده می شوند، با استفاده از روشهای HPHT یا CVD تولید می شوند. آنها در رنگهای زرد، آبی و بی رنگ (یا سفید) موجود هستند.
رنگ زرد از ناخالصیهای نیتروژن تولید می شود، در حالی که رنگ آبی از عنصر بور به دست می آید. رنگهای دیگر مانند صورتی یا سبز، پس از سنتز توسط تابش، قابل دستیابی هستند. الماسهایی که در آزمایشگاه تولید می شوند می توانند از نظر شیمی، فیزیکی و نوری مشابه الماسهای موجود در طبیعت باشند. اگرچه می توان مصنوعی بودن آنها را با بررسی طیف سنجی در طول موجهای مادون قرمز، فرابنفش یا اشعه ایکس تشخیص داد.
کاربرد الماس مصنوعی در صنعت برشکاری
از دیرباز، بیشتر کاربردهای صنعتی الماس مصنوعی با سختی آنها مرتبط بوده است. این خاصیت، الماس را به ماده ای ایده آل برای ماشینهای ابزاری و ابزارهای برش تبدیل کرده است. الماس سخت ترین ماده در طبیعت می باشد که برای صیقل، برش یا حذف سطوح استفاده می شوند. الماس مصنوعی به طور گسترده در محصولات ساینده، دستگاه های برش و سنگ زنی و سینکهای حرارتی استفاده می شود.
کاربردهای صنعتی که از الماس بهره می برند، شامل مته های الماس، اره ها و استفاده از گرد و غبار الماس به عنوان ساینده است. شکل معمول یک الماس در ابزارهای برش و دانه های میکرونی است که در یک زمینه فلزی (معمولا کبالت) پخته می شوند. این فرایند به طور معمول در صنایع، به عنوان الماس پلی کریستالی (PCD) شناخته می شود. همچنین ابزارهای نوک تیز الماس (PCD) در کاربردهای استخراج و برش نیز کاربرد دارند. همچنین الماسهای ساینده بیشتر در بیتهای حفاری برای سکوهای نفتی، حفاری چاه آب، صنعت آب و فاضلاب و مته های هسته معدنی استفاده می شوند.
الماس مصنوعی در صنایع لیزر
الماس مصنوعی به دلیل ترکیب منحصر به فرد خود، از پایداری حرارتی و شیمیایی مناسب، انبساط حرارتی پایین و شفافیت نوری بالایی برخوردار است. به همین دلیل در صنعت لیزر دارای کاربرد ویژه ای می باشد. در حال حاضر این الماس، مهمترین ماده برای لیزر پرقدرت CO2 و پنجره های نوری جایروترون است. بنابراین، به تدریج جایگزین سلنید روی، به عنوان رابط خروجی با توان بالا برای لیزرهای CO2 و جایروترونها می شود.
الماس مصنوعی در صنایع نیروگاهی و حرارتی
الماسهای مصنوعی برای کاربردهای الکترونیکی در دستگاههای پرقدرت در نیروگاه ها، ترانزیستورهای فرکانس بالا و LED ها، در حال توسعه هستند. همچنین در تاسیسات تحقیقاتی با انرژی بالا در آشکارسازهای فرابنفش (UV) استفاده می شوند. یکی دیگر از ویژگیهای مفید آن، تحرک الکتریکی بالا است که در الماس تک کریستالی CVD به 4500 سانتی متر مربع می رسد. چراکه تحرک بالا برای ترانزیستورهای میدان فرکانس بالا (FET) سودمند است. محدوده باند وسیع الماس (5.5 eV) ویژگیهای دی الکتریک عالی را ارائه می دهد.
این ویژگی، در ترکیب با پایداری مکانیکی بالای مواد و در نمونه های اولیه کلیدهای پرقدرتِ مورد استفاده در نیروگاه ها استفاده می شود. در گذشته ترانزیستورهای الماس مصنوعی در آزمایشگاه تولید می شدند که در دماهای بسیار بالاتر از دستگاه های سیلیکونی کار می کردند. همچنین در برابر آسیبهای شیمیایی و تشعشع مقاوم بودند. اگرچه ترانزیستورهای الماسی هنوز با موفقیت در صنعت الکترونیک تجاری ادغام نشده اند، اما برای استفاده در برنامه هایی که به قدرت بالا و در محیطهای خشن و غیر اکسید کننده نیاز دارند، نوید بخش هستند.
کاربرد الماس مصنوعی در دیگر صنایع
الماس مصنوعی خالص دارای رسانایی حرارتی عالی و رسانایی الکتریکی ناچیز است که نشان دهنده اهمیت بالای آن برای صنعت الکترونیک است. جایی که از آن به عنوان یک هیت سینک برای لیزرهای با قدرت بالا و ترانزیستورهای با قدرت بالا استفاده می شود. در فناوری نیمه هادی، سینکهای حرارتی الماس مصنوعی از گرم شدن بیش از حد سیلیکون و سایر مواد نیمه هادی جلوگیری می کنند. چرا که می توان آن را با ناخالصیهایی مانند بور و فسفر دوپ کرد.
علاوه بر این، الماسها را می توان برای تشخیص واکنشهای ردوکس با شدت کم و در برخی موارد، تجزیه آلاینده های آلی واکنش دهنده ردوکس در منابع آب مورد استفاده قرار داد. الماس از نظر مکانیکی و شیمیایی پایدار است و از آن به عنوان الکترود، استفاده می شود. به عنوان یک الکترود، الماس مصنوعی را می توان در تصفیه فاضلاب پساب آلی و تولید اکسیدان قوی استفاده کرد. همچنین با استفاده از آن می توان هیت سینکهای الماسی صنعتی که گرمای اضافی را جذب یا منتقل می کنند و نیز در میکروبرینگهای اصطکاک کم که عناصر ضروری در دستگاههای مکانیکی هستند، به کار برد.
سوالات متداول کاربردهای الماس مصنوعی
1- آیا الماس مصنوعی همان الماس آزمایشگاهی است؟
این الماسها مشابه الماس طبیعی هستند. الماس مصنوعی الماسی است که در فرآیندهای مصنوعی برخلاف الماس طبیعی ساخته می شود.
2- الماس سیاه چه الماسی است؟
الماس سیاه مانند الماس سفید از کربن خالص بوجود می آید اما شکل بلور آن متفاوت است. الماس سیاه مانند الماس سفید درخشش ندارد.
3- الماس مصنوعی چه تفاوتی با الماس تقلبی دارد؟
این الماسها، الماسهای واقعی هستند که توسط انسان درآزمایشگاه ساخته می شوند و ویژگیهایی شبیه الماسهای طبیعی است. الماسهای تقلبی ویژگیهای فیزیکی مشابه با الماس طبیعی را دارند، اما ویژگیهای شیمیایی آنها کاملاً متفاوت است.
4-تفاوت الماس مصنوعی و الماس چیست؟
الماس طبیعی ممکن است در طول زمان دوام بیشتری نسبت به سنگهای دیگر داشته باشد. پس دوام بیشتر آن بسیار مهم است.
5- چرا الماس مصنوعی یک انتخاب ایده آل است؟
الماس مصنوعی همان ساختار و در نتیجه کیفیت یک الماس طبیعی را دارد و هزینه تولید آن کمتر است. به گونه ای که قیمت یک الماس مصنوعی 40-50٪ ارزان تر از یک الماس طبیعی است.
