Komora diamentowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Schemat komory diamentowej

Komora diamentowa, imadło diamentowe[1] (DAC en. diamond anvil cell) - urządzenie pozwalające uzyskiwać w niewielkiej objętości ekstremalnie wysokie ciśnienie. Składa się z dwóch diamentów o stożkowatym kształcie, skierowanych do siebie wąskimi końcami. Nacisk na szerokie końce tych diamentów przekłada się na ciśnienie sięgające milionów atmosfer w punkcie styku.

Komora diamentowa używana jest do symulowania ciśnienia, jakie panuje we wnętrzu planet, umożliwiając tworzenie materiałów jakie tam powstają. Przykładami materiałów, jakie wytworzono w ten sposób, jest metaliczny wodór i ADNR.

Zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Działanie komory diamentowej opiera się na równaniu:

p=\frac{F}{S}

gdzie:

  • p - ciśnienie,
  • F - przyłożona siła,
  • S - powierzchnia.

Wysokie ciśnienie można uzyskać przykładając siłę do małej powierzchni. Aby uniknąć deformacji i zniszczenia komory, musi ona być wykonana z możliwie twardego i mało ściśliwego materiału, np. diamentu.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Percy Williams Bridgman opracował pierwsze wysokociśnieniowe komory, wywierające nacisk na niewielkie powierzchnie. Używając komory z węglika wolframu uzyskał ciśnienie kilku gigapaskali (za swoje dokonania otrzymał Nagrodę Nobla w 1946 roku). Jego urządzenia zostały w kolejnych latach udoskonalone przez wprowadzenie rdzenia z najtwardszego znanego materiału: diamentu, dodanie uszczelek i kalibracji ciśnienia za pomocą rubinu. Komory diamentowe pozwalają uzyskać ciśnienia statyczne rzędu 250 GPa[2]. Przy wyższym ciśnieniu diamenty zaczynają pękać. Wyższe ciśnienia można uzyskiwać przepuszczając przez badaną próbkę falę uderzeniową, która dodatkowo ją kompresuje. Uzyskiwane w ten sposób rekordy sięgają 460 GPa, jednak takie ciśnienie jest utrzymywane tylko przez kilka nanosekund. W 2012 roku zaprezentowano komorę z wykorzystaniem nanokrystalicznego diamentu, który nie ma płaszczyzn łupliwości i dzięki temu nie pęka tak jak monokrystaliczny diament. Uzyskano w niej ciśnienie 640 GPa[2].

Konstrukcja[edytuj | edytuj kod]

Trzy główne elementy komory diamentowej to

  • Przyłożenie siły – w postaci dźwigni, śruby lub hydraulicznego nacisku. We wszystkich przypadkach nacisk musi być skierowany w jednej osi na oba diamenty.
  • Dwa stożkowate diamenty – pojedyncze kryształy bez skazy, zwykle o masie 1/8 do 1/3 karata, wyszlifowane w 16 faset. Ich wąskie końce muszą być dokładnie wyszlifowane w dwie równoległe płaszczyzny, prostopadle do których jest przykładana siła.
  • Uszczelka – twarda metalowa folia rozdzielająca diamenty. Spełnia istotną rolę – utrzymując ściskaną próbkę oraz rozkładając równomiernie ciśnienie pomiędzy próbkę i krawędzie diamentów.

Przypisy

  1. Peter William Atkins: Chemia fizyczna. PWN, 2001, s. 185. ISBN 83-01-13502-6.
  2. 2,0 2,1 Improved diamond-anvil cell allows higher pressures than ever before (ang.). physicsworld.com, 02-11-2012. [dostęp 02-11-2012].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]