Алмаз – кристаллическая форма углерода, самый твёрдый из известных минералов. Огранённый алмаз, или бриллиант, уже много веков является одним из самых популярных драгоценных камней. Но знаете ли вы, что люди ценят алмазы не только как дорогое украшение? Вот несколько примеров того, где ещё используются алмазы.
Режущие и абразивные инструменты
Поскольку алмазы обладают высочайшей твёрдостью (десять – высший балл по шкале Мооса), они широко применяются в промышленности как режущие, полировальные и шлифовальные инструменты. Алмазное покрытие наносят на диски для резки и полировки, наконечники для буров и фрезы, которые используются в промышленности, в строительных и отделочных работах, а также в медицине и косметологии. При этом синтетический алмаз предпочтительнее природного, так как форму, размер и прочность кристалла можно контролировать в процессе производства.
Ядерная промышленность
Многие высокоточные приборы ядерной энергетики используют именно алмазы. Например, в экспериментах по термоядерному синтезу, проводимых калифорнийским комплексом NIF, из искусственного алмаза выполнен корпус капсулы, которая содержит дейтериево-тритиевую топливную смесь. Это связано не только с высокой твердостью алмаза, но и с тем, что он хорошо поглощает рентгеновские лучи, нагревающие капсулу.
Алмаз как теплопроводник
Плотность упаковки интегральных схем растёт, а соответственно возрастает и количество тепла, которое нужно отводить от электронных компонентов. Площадь полупроводников очень мала, поэтому рассеяние тепла с помощью обычных материалов (медь, алюминий, окись бериллия) оказывается недостаточным. Теплоотводы на основе алмазоподобных плёнок – слоистых конструкций, в которых слой алмазоподобной плёнки заключён между слоями меди, никеля и титана – значительно улучшают характеристики и срок службы компонентов.
Аэрокосмическое приборостроение
Алмазы находят применение и в аэрокосмической промышленности. Благодаря высочайшей теплопроводности и низкому тепловому расширению алмазные покрытия могут защищать чувствительные компоненты аппаратуры от перегрева и тепловых деформаций, а также обеспечивать эффективное отведение тепла, что критически важно для сохранения работоспособности оборудования в космосе.
К примеру, на автоматической межпланетной станции “Пионер-Венера-2” был иллюминатор, выполненный по заказу НАСА известной алмазодобывающей компанией “Де Бирс” из двухсоткаратного алмаза. Сквозь этот иллюминатор на венерианскую атмосферу смотрели шесть инфракрасных детекторов.
Забавный факт: за этот алмаз НАСА вернули 12 тысяч долларов, уплаченных агентством в качестве пошлины на импорт, поскольку ввезённая драгоценность была использована в продукции, покинувшей пределы страны.
Микроэлектроника
Большинство полупроводниковых процессоров, используемых сейчас в мире, изготавливается из карбида кремния, нитрида галлия и других материалов, которые выдерживают высокие напряжения и токи. (Кстати говоря, при изготовлении кремниевых пластинок используется алмазная проволока). Однако мощность процессоров продолжает расти, и учёные по всему миру исследуют и другие полупроводниковые материалы. В частности, выясняется, что и алмаз можно превратить из изолятора в полупроводник, легируя его примесями из бора и фосфора.
Алмазы имеют примерно в пять раз более высокую теплопроводность, чем кремний, и гораздо более высокие эксплуатационные характеристики и долговечность. Кроме того, они более устойчивы к радиации. Сейчас уже существуют технологии изготовлений алмазных монокристаллических пластин диаметром 100 миллиметров. (Для сравнения – самая распространённая в отрасли кремниевая подложка, на которой печатаются микрочипы, имеет диаметр 300 мм.) Алмазные полупроводники могут пригодиться везде, где требуется интенсивная и постоянная подача электроэнергии: например, в зарядных станциях и в электромобилях.
Это далеко не полный список того, как люди используют алмаз. Большая часть алмазов, используемых в промышленности, является синтетическими, то есть выращенными в лаборатории, так как добыча натуральных камней не покрывает всей промышленной потребности в алмазах. Искусственное выращивание алмазов способствует не только снижению стоимости производства, но и открытию новых перспектив их использования – например, для создания устройств, работающих в условиях экстремальных температур и излучения.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru или на ozon.ru