В природе цветные алмазы встречаются настолько редко, что недавно небольшой голубой бриллиант в 2 карата ушел с молотка почти за $10 млн. А вот в МИСиСе дублируют действия природы, которые идут миллионы лет, за трое суток. Как же это получается?
Оказывается, сам «краситель» имеется внутри каждого, даже самого прозрачного алмаза — это атомы азота. Все зависит только от их концентрации и расположения. Вот в лаборатории их и заставляют перемещаться в нужные части кристаллической решетки алмаза.
Однако, по словам заведующего лабораторией Николая Полушина, не во всяком природном алмазе можно изменить цвет, а только в тех, где концентрация азота очень низка — не выше 100 атомов на миллион атомов углерода (такого сырья в природе не больше 3 процентов). Поэтому природный алмаз сначала исследуют на специальном спектрометре. Затем подходящий экземпляр подвергают воздействию высоких температур, давления (чтобы добиться нужного перераспределения азота в кристаллической решетке) и облучения на ускорителе электронов (чтобы получить вакансии — пустые места в решетке алмаза).
— По сути, окраска кристалла зависит от определенных дефектов в решетке алмаза, — говорит Полушин. — Для того чтобы прозрачный камень обрел цвет, необходимо, чтобы из его кристаллической решетки земной или космической радиацией был выбит один атом углерода, образовалась пустота (вакансия). Затем рядом с ней должен разместиться единичный атом азота. Все эти действия мы и производим в нашем ускорителе, прессе и вакуумной печи. Все направлено на то, чтобы создать за счет такого парного дефекта в решетке алмаза определенные центры окраски. Они должны располагаться равномерно. Чем больше таких центров, тем гуще цвет.
Но таким образом, по словам заведующего лабораторией, создается только один тип алмазов — розовые. Голубые получаются уже другим способом — методом «имплантации цвета» внутрь алмаза.
— В природе такой кристалл содержит небольшие концентрации бора, — говорит Полушин. — Можно идти по этому пути, но мы пошли по другому: внедряем в решетку алмаза атомы водорода — и они тоже дают голубую окраску.
— Как же вы их внедряете?
— Это происходит в установке высокого давления, в прессе. Погружаем в него алмаз на специальную среду (шихту), которая при высоких давлениях и температурах разлагается с выделением атомарного водорода. Дальше при высоких давлении и температуре эти атомы водорода проникают в решетку алмаза.
Среди показанных нам Николаем Ивановичем образцов окрашенных бриллиантов преобладают розовые и голубые.
— А как насчет желтых? — спрашиваю я.
— Желтых алмазов в природе значительно больше, и по цене они дешевле, чем прозрачные, поэтому искусственно создавать такие нет смысла, хотя можно.
— А как создаются черные кристаллы?
— Принцип их изготовления более простой: мы создаем большую концентрацию вакансий — пустых мест в решетке — и дальше так проводим процесс нагрева, чтобы в этих местах происходил переход алмаза в графит. У нас появляется много мест с черным графитом внутри. Поэтому кажется, что весь кристалл черный. Хочу сразу предостеречь любителей таких алмазов: чересчур высокие цены на них в ювелирных магазинах неоправданны. Мало кто знает, что чаще всего на изготовление черных алмазов идет очень некачественное сырье, к примеру, прозрачный кристалл с каким-то инородным включением. Чернота просто скрывает этот изъян, хотя получается очень красиво.
— А качественные черные кристаллы в природе бывают?
— Бывают, но редко.
— Кто вам поставляет сырье?
— Все сырье у нас пока бельгийское. Сейчас мы отправили поставщикам партию окрашенных кристаллов для маркетингового исследования. Хотелось бы работать с отечественными добытчиками алмазов, но не получается. Они ссылаются на межкорпоративное соглашение не финансировать и не заниматься изменением цвета природных алмазов. С точки зрения добывающих корпораций, может, это и правильно — природные цветные алмазы очень редки и цены на них очень высоки.
— Получается, что ваша технология может существенно сбить на них цену?
— Нет, мы же честно указываем, что наши природные алмазы окрашены искусственным путем. Это как если сравнивать бриллианты и искусственные бриллианты.
— Можно отличить искусственно окрашенные алмазы в бытовых условиях?
— Нет, только при использовании специальных приборов. Но и эти анализы неоднозначны. Из нашей партии мы отдали несколько кристалликов в гомологический центр в Антверпене, и специалисты не смогли отличить наши от естественно окрашенных дорогих бриллиантов.
Кстати, в этом году МИСиС стал первым российским университетом, открывшим у себя полноценное направление подготовки бакалавров по специальности «Наноматериалы». И вполне возможно, что выпускники этой кафедры смогут в будущем усовершенствовать методы окраски бриллиантов.