Os cientistas usaram uma nova técnica para sintetizar diamantes à pressão atmosférica normal e sem uma gema inicial, o que poderia tornar as pedras preciosas mais fáceis de cultivar em laboratório.
Os cientistas usaram uma nova técnica para sintetizar diamantes à pressão atmosférica normal e sem uma gema inicial, o que poderia tornar as pedras preciosas muito mais fáceis de cultivar em laboratório.
Os diamantes naturais se formam no manto da Terra, a zona fundida enterrada centenas de quilômetros abaixo da superfície do planeta.
O processo ocorre sob tremendas pressões de vários gigapascais e temperaturas escaldantes superiores a 1.500 graus Celsius (2.700 graus Fahrenheit).
Condições semelhantes são empregadas no método atualmente utilizado para sintetizar 99% de todos os diamantes criados artificialmente.
Chamado de crescimento de alta pressão e alta temperatura (HPHT), este método usa essas configurações extremas para persuadir o carbono dissolvido em metais líquidos, como o ferro, a convertê-lo em diamante em torno de uma pequena semente, ou diamante inicial.
No entanto, as altas pressões e temperaturas são difíceis de produzir e manter.
Além disso, os componentes envolvidos afetam o tamanho dos diamantes, sendo o maior cerca de um centímetro cúbico, ou quase tão grande quanto um mirtilo.
Além disso, o HPHT leva bastante tempo – uma ou duas semanas – para produzir até mesmo essas pequenas joias.
Outro método, denominado deposição química de vapor, elimina alguns requisitos do HPHT, como altas pressões.
Mas outros persistem, como a necessidade de sementes.
A nova técnica elimina algumas desvantagens de ambos os processos de síntese.
Uma equipe liderada por Rodney Ruoff, físico-químico do Instituto de Ciências Básicas da Coreia do Sul, publicou suas descobertas em 24 de abril na revista Nature.
O cadinho de diamante
O novo método demorou muito para ser elaborado.
“Por mais de uma década, tenho pensado em novas maneiras de cultivar diamantes, pois pensei que seria possível conseguir isso de maneiras inesperadas (de acordo com o pensamento ‘convencional’)”, disse Ruoff à WordsSideKick.com por e-mail.
Para começar, os pesquisadores usaram gálio aquecido eletricamente com um pouco de silício em um cadinho de grafite.
O gálio pode parecer um elemento esotérico, mas foi selecionado porque um estudo anterior e não relacionado mostrou que poderia catalisar a formação de grafeno a partir do metano.
O grafeno, assim como o diamante, é carbono puro, mas contém os átomos em uma camada, e não na orientação tetraédrica da pedra preciosa.
Os pesquisadores alojaram o cadinho em uma câmara construída em casa, mantida à pressão atmosférica ao nível do mar, através da qual o gás metano superaquecido e rico em carbono poderia ser liberado.
Projetada pelo coautor Won Kyung Seong, também do Instituto de Ciências Básicas, esta câmara de 9 litros pode ser preparada para experimentação em apenas 15 minutos, permitindo à equipe realizar rapidamente corridas com diferentes concentrações de metais e gases.
Através desses ajustes, os pesquisadores concluíram que uma mistura de gálio-níquel-ferro – juntamente com uma pitada de silício – era ideal para catalisar o crescimento de diamantes.
Na verdade, com esta mistura, a equipe obteve diamantes da base do cadinho após apenas 15 minutos.
Em duas horas e meia, formou-se um filme de diamante mais completo.
Análises espectroscópicas mostraram que este filme era em grande parte puro, mas continha alguns átomos de silício.
As minúcias do mecanismo que formou os diamantes ainda são em grande parte obscuras, mas os investigadores pensam que uma queda de temperatura empurra o carbono do metano para o centro do cadinho, onde se funde em diamante.
Além disso, sem silício, nenhum diamante se forma, então os pesquisadores acham que ele pode atuar como uma semente para o carbono se cristalizar.
No entanto, o novo método tem seus próprios desafios.
Um problema é que os diamantes cultivados com esta técnica são minúsculos; os maiores são centenas de milhares de vezes menores que os cultivados com HPHT.
Isso os torna pequenos demais para serem usados como joias.
Outros usos potenciais – por exemplo, em aplicações mais tecnológicas como polimento e perfuração – para os diamantes sintetizados com a nova técnica não são claros.
No entanto, como o processo envolve baixa pressão, disse Ruoff, pode aumentar significativamente a síntese de diamantes.
“Em cerca de um ou dois anos, o mundo poderá ter uma imagem mais clara de coisas como o possível impacto comercial”, acrescentou.
Publicado em 29/05/2024 09h12
Artigo original: