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Propiedades materiales del diamante.

El diamante es el alótropo del carbono en el que los átomos de carbono están dispuestos en un tipo específico de red cúbica llamada diamante cúbico . Es un cristal que va de transparente a opaco y que generalmente es isotrópico ( birrefringencia nula o muy débil ). El diamante es el material natural más duro que se conoce. Sin embargo, debido a su importante fragilidad estructural, la dureza del diamante en masa es de regular a buena. La resistencia a la tracción precisa del diamante en masa es poco conocida; sin embargo, la resistencia a la compresión hastaSe han observado 60  GPa , y podría ser tan alto como90-100 GPa en forma de alambres o agujas de tamaño micro/nanómetro (~100-300 nm de diámetro, micrómetros de largo), con una tensión elástica de tracción máxima correspondiente superior al 9%. [1] [2] La anisotropía de la dureza del diamante se considera cuidadosamente durante el corte del diamante . El diamante tiene un alto índice de refracción (2,417) y propiedades de dispersión moderada (0,044) que dan brillo a los diamantes tallados. Los científicos clasifican los diamantes en cuatro tipos principales según la naturaleza de los defectos cristalográficos presentes. Las trazas de impurezas que reemplazan sustitutivamente a los átomos de carbono en la estructura cristalina de un diamante y, en algunos casos, los defectos estructurales, son responsables de la amplia gama de colores que se ven en el diamante. La mayoría de los diamantes son aislantes eléctricos y conductores térmicos extremadamente eficientes . A diferencia de muchos otros minerales, la gravedad específica de los cristales de diamante (3,52) tiene una variación bastante pequeña de un diamante a otro.

Dureza y estructura cristalina.

Conocido por los antiguos griegos como ἀδάμας ( adámas , 'propio, inalterable, irrompible') [3] y a veces llamado inflexible , el diamante es el material natural más duro conocido y sirve como la definición de 10 en la escala de dureza mineral de Mohs . El diamante es extremadamente fuerte debido a su estructura cristalina, conocida como diamante cúbico , en la que cada átomo de carbono tiene cuatro vecinos unidos covalentemente. El nitruro de boro cúbico (c-BN) a granel es casi tan duro como el diamante. El diamante reacciona con algunos materiales, como el acero, y el c-BN se desgasta menos al cortar o desgastar dicho material. [4] (Su ​​estructura de zincblenda es como la estructura cúbica del diamante, pero con tipos alternos de átomos). Un material actualmente hipotético, el nitruro de carbono beta (β- C 3 N 4 ), también puede ser tan duro o más duro en una forma. Se ha demostrado que algunos agregados de diamante que tienen un tamaño de grano nanométrico son más duros y tenaces que los grandes cristales de diamante convencionales, por lo que funcionan mejor como material abrasivo. [5] [6] Debido al uso de esos nuevos materiales ultraduros para las pruebas de diamantes, ahora se conocen valores más precisos para la dureza del diamante. Una superficie perpendicular a la dirección cristalográfica [111] (que es la diagonal más larga de un cubo) de un diamante puro (es decir, tipo IIa) tiene un valor de dureza de167 GPa cuando se raya con una punta de nanodiamante , mientras que la muestra de nanodiamante en sí tiene un valor de310 GPa cuando se prueba con otra punta de nanodiamante. Debido a que la prueba sólo funciona correctamente con una punta hecha de un material más duro que la muestra que se está analizando, es probable que el valor real del nanodiamante sea algo menor que el310 GPa . [5]

Visualización de una celda unitaria cúbica de diamante: 1. Componentes de una celda unitaria, 2. Una celda unitaria, 3. Una red de 3×3×3 celdas unitarias
Volumen molar versus presión a temperatura ambiente.
Modelo 3D de bolas y palos de una red de diamantes

Se desconoce la resistencia exacta a la tracción del diamante, aunque la resistencia es de hastaSe han observado 60 GPa y, en teoría, podría ser tan alto como90–225 GPa dependiendo del volumen/tamaño de la muestra, la perfección de la red del diamante y su orientación: la resistencia a la tracción es la más alta para la dirección del cristal [100] (normal a la cara cúbica), menor para el [110] y el el más pequeño para el eje [111] (a lo largo de la diagonal del cubo más larga). [7] El diamante también tiene una de las compresibilidades más pequeñas de cualquier material.

Los diamantes cúbicos tienen una escisión octaédrica perfecta y fácil , lo que significa que solo tienen cuatro planos (direcciones débiles que siguen las caras del octaedro donde hay menos enlaces) a lo largo de los cuales el diamante puede dividirse fácilmente ante un impacto contundente para dejar una superficie lisa. De manera similar, la dureza del diamante es marcadamente direccional : la dirección más dura es la diagonal de la cara del cubo , 100 veces más dura que la dirección más blanda, que es el plano dodecaédrico . El plano octaédrico es intermedio entre los dos extremos. El proceso de corte de diamantes depende en gran medida de esta dureza direccional, ya que sin ella sería casi imposible crear un diamante. La escisión también juega un papel útil, especialmente en piedras grandes donde el cortador desea eliminar material defectuoso o producir más de una piedra a partir de la misma pieza en bruto (por ejemplo, Cullinan Diamond ). [8]

Los diamantes cristalizan en el sistema cristalino cúbico de diamante ( grupo espacial Fd 3 m) y están formados por átomos de carbono unidos de forma tetraédrica y covalente. También se ha encontrado una segunda forma llamada lonsdaleita , con simetría hexagonal , pero es extremadamente rara y sólo se forma en meteoritos o en síntesis de laboratorio. El entorno local de cada átomo es idéntico en las dos estructuras. Por consideraciones teóricas, se espera que la lonsdaleita sea más dura que el diamante, pero el tamaño y la calidad de las piedras disponibles son insuficientes para probar esta hipótesis. [9] En términos de hábito cristalino , los diamantes se presentan con mayor frecuencia como octaedros euhédricos (bien formados) u redondeados y octaedros maclados y aplanados con un contorno triangular. Otras formas incluyen dodecaedros y (raramente) cubos. Existe evidencia de que las impurezas de nitrógeno desempeñan un papel importante en la formación de cristales euhédricos bien formados. Los diamantes más grandes encontrados, como el diamante Cullinan, no tenían forma. Estos diamantes son puros (es decir, tipo II) y por lo tanto contienen poco o nada de nitrógeno. [8]

Las caras de los octaedros de diamantes son muy brillantes debido a su dureza; Los defectos de crecimiento de forma triangular ( trígonos ) o los hoyos de grabado suelen estar presentes en las caras. La fractura de un diamante es irregular. Los diamantes que son casi redondos, debido a la formación de múltiples escalones en las caras octaédricas, suelen estar recubiertos por una piel similar a una goma ( nyf ). La combinación de caras escalonadas, defectos de crecimiento y nyf produce una apariencia "escamosa" o corrugada. Muchos diamantes están tan distorsionados que pocas caras del cristal son discernibles. Algunos diamantes que se encuentran en Brasil y la República Democrática del Congo son policristalinos y se presentan como masas radiales esféricas, opacas, de colores oscuros, de pequeños cristales; Estos se conocen como balas y son importantes para la industria ya que carecen de los planos de escisión del diamante monocristalino. El carbonado es una forma microcristalina opaca similar que se presenta en masas informes. Al igual que el diamante ballas, el carbonado carece de planos de escisión y su gravedad específica varía ampliamente de 2,9 a 3,5. Los diamantes Bort , que se encuentran en Brasil, Venezuela y Guyana , son el tipo más común de diamante de calidad industrial. También son policristalinos y, a menudo, están poco cristalizados; son translúcidos y se escinden fácilmente. [8]

Hidrofobia y lipofilia

Debido a la gran dureza y los fuertes enlaces moleculares, las facetas y los bordes de las facetas de un diamante tallado parecen más planos y nítidos. Un curioso efecto secundario de la perfección superficial de un diamante natural es la hidrofobia combinada con la lipofilia . La primera propiedad significa que una gota de agua colocada sobre un diamante forma una gota coherente, mientras que en la mayoría de los demás minerales el agua se extendería hasta cubrir la superficie. Además, el diamante es inusualmente lipófilo, lo que significa que la grasa y el aceite se acumulan y esparcen fácilmente sobre la superficie del diamante, mientras que en otros minerales el aceite formaría gotas coherentes. Esta propiedad se aprovecha en el uso de lápices de grasa , que aplican una línea de grasa a la superficie de un simulante de diamante sospechoso . Las superficies de diamante son hidrófobas cuando los átomos de carbono de la superficie terminan con un átomo de hidrógeno e hidrófilas cuando los átomos de la superficie terminan con un átomo de oxígeno o un radical hidroxilo . Tratamiento con gases o plasmas que contengan el gas adecuado, a temperaturas de450 °C o más, pueden cambiar completamente las propiedades de la superficie. [10] Los diamantes naturales tienen una superficie con menos de la mitad de una monocapa de oxígeno, el resto es hidrógeno y el comportamiento es moderadamente hidrófobo. Esto permite la separación de otros minerales en la mina mediante el llamado "cinturón de grasa". [11]

Tenacidad

Diamantes en una hoja de amoladora angular

A diferencia de la dureza, que denota sólo resistencia al rayado, la dureza o tenacidad del diamante es sólo de regular a buena. La dureza se relaciona con la capacidad de resistir roturas por caídas o impactos. Debido a la perfecta y fácil división del diamante, es vulnerable a la rotura. Un diamante se romperá si se golpea con un martillo común y corriente. [12] La dureza del diamante natural se ha medido como2,0 MPa⋅m 1/2 , lo cual es bueno en comparación con otras piedras preciosas como la aguamarina (de color azul), pero pobre en comparación con la mayoría de los materiales de ingeniería. Como ocurre con cualquier material, la geometría macroscópica de un diamante contribuye a su resistencia a la rotura. El diamante tiene un plano de escisión y, por tanto, es más frágil en algunas orientaciones que en otras. Los cortadores de diamantes utilizan este atributo para partir algunas piedras, antes de facetarlas. [13] [14]

Los diamantes ballas y carbonado son excepcionales, ya que son policristalinos y, por tanto, mucho más resistentes que el diamante monocristalino; se utilizan para brocas de perforación profunda y otras aplicaciones industriales exigentes. [15] Particulares formas facetadas de diamantes son más propensas a romperse y, por lo tanto, pueden no ser asegurables por compañías de seguros acreditadas. La talla brillante de las piedras preciosas está diseñada específicamente para reducir la probabilidad de rotura o astillas. [8]

Los cristales extraños sólidos suelen estar presentes en el diamante. Son mayoritariamente minerales, como el olivino , el granate , el rubí y muchos otros. [16] Estas y otras inclusiones, como fracturas internas o "plumas", pueden comprometer la integridad estructural de un diamante. Los diamantes tallados que se han mejorado para mejorar su claridad mediante el relleno de fracturas o cavidades con vidrio son especialmente frágiles, ya que el vidrio no resiste la limpieza ultrasónica ni los rigores del soplete del joyero. Los diamantes llenos de fracturas pueden romperse si se tratan incorrectamente. [17]

Resistencia a la presión

Utilizados en los llamados experimentos de yunque de diamantes para crear entornos de alta presión, los diamantes soportan presiones de aplastamiento superiores a 600 gigapascales (6 millones de atmósferas ). [18]

Propiedades ópticas

El color y sus causas.

Diamantes sintéticos de varios colores cultivados mediante la técnica de alta presión y alta temperatura. El tamaño del diamante es ~2mm .
Diamantes puros, antes y después de la irradiación y el recocido. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte inferior izquierda: 1) inicial (2 mm × 2 mm ); 2-4) irradiados por diferentes dosis deelectrones de 2 MeV ; 5-6) irradiados con diferentes dosis y recocidos a800 ºC .

Los diamantes se encuentran en varios colores: negro, marrón, amarillo, gris, blanco, azul, naranja, de morado a rosa y rojo. Los diamantes de colores contienen defectos cristalográficos , incluidas impurezas sustitutivas y defectos estructurales, que causan la coloración. En teoría, los diamantes puros serían transparentes e incoloros. Los diamantes se clasifican científicamente en dos tipos principales y varios subtipos, según la naturaleza de los defectos presentes y cómo afectan la absorción de luz: [8]

El diamante tipo I tiene átomos de nitrógeno (N) como principal impureza, en una concentración de hasta el 1%. Si los átomos de N están en pares o en agregados más grandes, no afectan el color del diamante; estos son Tipo Ia. Alrededor del 98% de los diamantes gema son de tipo Ia: estos diamantes pertenecen a la serie Cape , llamada así por la región rica en diamantes anteriormente conocida como Provincia del Cabo en Sudáfrica , cuyos depósitos son en gran parte de Tipo Ia. Si los átomos de nitrógeno están dispersos por todo el cristal en sitios aislados (no emparejados ni agrupados), le dan a la piedra un tinte amarillo intenso u ocasionalmente marrón (tipo Ib); Los raros diamantes canarios pertenecen a este tipo, que representa sólo ~0,1% de los diamantes naturales conocidos. El diamante sintético que contiene nitrógeno suele ser del tipo Ib. Los diamantes tipo Ia y Ib absorben tanto en la región infrarroja como en la ultravioleta del espectro electromagnético , desde320 nm . También tienen un espectro característico de fluorescencia y absorción visible. [19]

Los diamantes tipo II tienen muy pocas o ninguna impureza de nitrógeno. El diamante puro (tipo IIa) puede ser de color rosa, rojo o marrón debido a anomalías estructurales que surgen de la deformación plástica durante el crecimiento del cristal; [20] Estos diamantes son raros (1,8% de los diamantes gema), pero constituyen un gran porcentaje de los diamantes australianos. Los diamantes tipo IIb, que representan aproximadamente el 0,1% de los diamantes gema, suelen ser de un azul acerado o gris debido a los átomos de boro dispersos dentro de la matriz cristalina. Estos diamantes también son semiconductores , a diferencia de otros tipos de diamantes (ver Propiedades eléctricas). La mayoría de los diamantes gris azulados procedentes de la mina Argyle de Australia no son del tipo IIb, sino del tipo Ia. Esos diamantes contienen grandes concentraciones de defectos e impurezas (especialmente hidrógeno y nitrógeno) y el origen de su color aún es incierto. [21] Los diamantes tipo II absorben débilmente en una región diferente del infrarrojo (la absorción se debe a la red del diamante en lugar de a las impurezas) y transmiten en el ultravioleta por debajo de 225 nm, a diferencia de los diamantes tipo I. También tienen diferentes características de fluorescencia, pero ningún espectro de absorción visible discernible. [19]

Ciertas técnicas de mejora de diamantes se utilizan comúnmente para producir artificialmente una variedad de colores, incluidos azul, verde, amarillo, rojo y negro. Las técnicas de mejora del color suelen implicar irradiación , incluido el bombardeo de protones mediante ciclotrones ; bombardeo de neutrones en las pilas de reactores nucleares ; y bombardeo de electrones mediante generadores de Van de Graaff . Estas partículas de alta energía alteran físicamente la red cristalina del diamante , sacando los átomos de carbono de su lugar y produciendo centros de color . La profundidad de la penetración del color depende de la técnica y su duración y, en algunos casos, el diamante puede quedar radiactivo hasta cierto punto. [8] [22]

Algunos diamantes irradiados son completamente naturales; un ejemplo famoso es el Diamante Verde de Dresde . [11] En estas piedras naturales el color se imparte mediante "quemaduras por radiación" (irradiación natural mediante partículas alfa procedentes del mineral de uranio ) en forma de pequeñas manchas, normalmente de sólo micrómetros de profundidad. Además, a los diamantes Tipo IIa se les pueden "reparar" sus deformaciones estructurales mediante un proceso de alta presión y alta temperatura (HPHT), eliminando gran parte o todo el color del diamante. [23]

Lustre

Una serie de diamantes de talla brillante redonda muestran las numerosas facetas reflectantes.

El brillo de un diamante se describe como "adamantino", que simplemente significa similar al diamante. Los reflejos en las facetas de un diamante cortado correctamente no están distorsionados debido a su planitud. El índice de refracción del diamante (medido con luz de sodio ,589,3 nm ) es 2,417. Debido a que tiene una estructura cúbica, el diamante también es isotrópico . Su alta dispersión de 0,044 (variación del índice de refracción en todo el espectro visible) se manifiesta en el fuego perceptible de los diamantes tallados. Este fuego (destellos de colores prismáticos que se ven en piedras transparentes) es quizás la propiedad óptica más importante del diamante desde la perspectiva de la joyería. La prominencia o cantidad de fuego que se ve en una piedra está fuertemente influenciada por la elección del corte del diamante y sus proporciones asociadas (particularmente la altura de la corona), aunque el color del cuerpo de los diamantes elegantes (es decir, inusuales) puede ocultar su fuego hasta cierto punto. [22]

Más de otros 20 minerales tienen una mayor dispersión (es decir, una diferencia en el índice de refracción de la luz azul y roja) que el diamante, como la titanita 0,051, la andradita 0,057, la casiterita 0,071, el titanato de estroncio 0,109, la esfalerita 0,156, el rutilo sintético 0,330, el cinabrio 0,4, etc. (ver Dispersión (óptica) ). [24] Sin embargo, la combinación de dispersión con extrema dureza, desgaste y resistividad química, así como un marketing inteligente, determina el valor excepcional del diamante como piedra preciosa.

Fluorescencia

Los diamantes exhiben fluorescencia , es decir, emiten luz de varios colores e intensidades bajo luz ultravioleta de onda larga (365 nm): las piedras de la serie Cape (tipo Ia) generalmente tienen fluorescencia azul, y estas piedras también pueden fosforescer en amarillo, una propiedad única entre las piedras preciosas. . Otros posibles colores de fluorescencia de onda larga son el verde (normalmente en piedras marrones), el amarillo, el malva o el rojo (en los diamantes tipo IIb). [25] En los diamantes naturales, normalmente hay poca o ninguna respuesta a la radiación ultravioleta de onda corta, pero ocurre lo contrario en los diamantes sintéticos. Algunos diamantes naturales de tipo IIb fosforescen en azul después de la exposición a rayos ultravioleta de onda corta. En los diamantes naturales, la fluorescencia bajo rayos X es generalmente de color blanco azulado, amarillento o verdoso. Algunos diamantes, particularmente los canadienses, no muestran fluorescencia. [19] [22]

El origen de los colores luminiscentes suele ser confuso y no es único. La emisión azul de los diamantes tipo IIa y IIb se identifica de manera confiable con dislocaciones correlacionando directamente la emisión con las dislocaciones en un microscopio electrónico . [26] Sin embargo, la emisión azul en el diamante tipo Ia podría deberse a dislocaciones o defectos de N3 (tres átomos de nitrógeno bordeando una vacante). [27] La ​​emisión verde en el diamante natural suele deberse al centro H3 (dos átomos de nitrógeno sustitutivos separados por una vacante), [28] mientras que en el diamante sintético suele originarse a partir del níquel utilizado como catalizador (ver figura). [19] La emisión naranja o roja podría deberse a varias razones, una de las cuales es el centro de nitrógeno vacante, que está presente en cantidades suficientes en todos los tipos de diamantes, incluso en el tipo IIb. [29]

Absorción óptica

Los diamantes de la serie Cape (Ia) tienen un espectro de absorción visible (visto a través de un espectroscopio de visión directa ) que consiste en una fina línea en el violeta en415,5 nm ; sin embargo, esta línea suele ser invisible hasta que el diamante se ha enfriado a temperaturas muy bajas. Asociado con esto hay líneas más débiles en478 nm ,465 nanómetros ,452 nm ,435 nm , y423 nm . Todas esas líneas están etiquetadas como centros ópticos N3 y N2 y asociadas con un defecto que consta de tres átomos de nitrógeno que bordean una vacante. Otras piedras muestran bandas adicionales: los diamantes marrones, verdes o amarillos muestran una banda verde en504 nm (centro H3, ver arriba), [28] a veces acompañado por dos bandas débiles adicionales en537 nm y495 nm (centro H4, un gran complejo que presumiblemente involucra 4 átomos de nitrógeno sustitucionales y 2 vacantes de red). [30] Los diamantes tipo IIb pueden absorber en el rojo lejano debido al boro sustitucional, pero por lo demás no muestran un espectro de absorción visible observable. [8]

Los laboratorios gemológicos utilizan máquinas espectrofotómetros que pueden distinguir diamantes naturales, artificiales y de color realzado . Los espectrofotómetros analizan los espectros de absorción y luminiscencia infrarroja , visible y ultravioleta de diamantes enfriados con nitrógeno líquido para detectar líneas de absorción reveladoras que normalmente no son discernibles. [8] [31]

Propiedades electricas

El diamante es un buen aislante eléctrico y tiene una resistividad de100 GΩ⋅m a1 EΩ⋅m [32] (1,0 × 10 11 –1,0 × 10 18  Ω⋅m ), y es famoso por su amplia banda prohibida de 5,47 eV. La alta movilidad de los portadores [33] y el alto campo de ruptura eléctrica [34] a temperatura ambiente también son características importantes del diamante. Esas características permiten que el diamante monocristalino sea uno de los materiales prometedores para los semiconductores . [ se necesita aclaración ] Una banda prohibida amplia es ventajosa en los semiconductores porque les permite mantener una alta resistividad incluso a altas temperaturas, lo cual es importante para aplicaciones de alta potencia. Los semiconductores cuyas movilidades de portadores son altas, como el diamante, son más fáciles de utilizar en la industria porque no necesitan un alto voltaje de entrada. El alto voltaje de ruptura evita que se produzca repentinamente una gran corriente con voltajes de entrada típicos.

La mayoría de los diamantes azules naturales son una excepción y son semiconductores debido a que las impurezas sustitutivas de boro reemplazan a los átomos de carbono. Los diamantes naturales de color azul o gris azulado, habituales en la mina de diamantes Argyle en Australia, son ricos en hidrógeno ; Estos diamantes no son semiconductores y no está claro si el hidrógeno es realmente responsable de su color gris azulado. [21] Los diamantes azules naturales que contienen boro y los diamantes sintéticos dopados con boro son semiconductores de tipo p . Las películas de diamante tipo N se sintetizan de forma reproducible mediante dopaje con fósforo durante la deposición química de vapor . [35] Uniones pn de diodos y diodos emisores de luz UV ( LED , en235 nm ) se han producido mediante deposición secuencial de capas de tipo p (dopadas con boro) y de tipo n (dopadas con fósforo). [36] Las propiedades electrónicas del diamante también pueden modularse mediante ingeniería de deformaciones . [1]

Se han producido transistores de diamante (con fines de investigación). [37] En enero de 2024, un equipo de investigación japonés fabricó un MOSFET utilizando diamante tipo n dopado con fósforo, que tendría características superiores a la tecnología basada en silicio en aplicaciones de alta temperatura, alta frecuencia o alta movilidad de electrones. [38] Se han fabricado FET con capas dieléctricas de SiN y SC-FET. [39]

En abril de 2004, una investigación publicada en la revista Nature informó que a continuaciónEl diamante sintético dopado con boro de 4  K es un superconductor en masa. [40] Posteriormente se observó superconductividad en películas fuertemente dopadas con boro cultivadas mediante diversas técnicas de deposición química de vapor , y la temperatura de transición más alta reportada (en 2009) es11,4 mil . [41] [42] (Ver también Superconductor covalente#Diamante )

Se observaron propiedades magnéticas poco comunes (estado de vidrio giratorio) en nanocristales de diamante intercalados con potasio. [43] A diferencia del material huésped paramagnético, las mediciones de susceptibilidad magnética de nanodiamantes intercalados revelaron un comportamiento ferromagnético distinto en5K . Esto es esencialmente diferente de los resultados de la intercalación de potasio en grafito o fullereno C60, y muestra que el enlace sp3 promueve el orden magnético en el carbono. Las mediciones presentaron la primera evidencia experimental del estado de vidrio giratorio inducido por la intercalación en un sistema de diamante nanocristalino.

Conductividad térmica

A diferencia de la mayoría de los aislantes eléctricos, el diamante es un buen conductor de calor debido a sus fuertes enlaces covalentes y su baja dispersión de fonones . La conductividad térmica del diamante natural se midió en unos 2200 W/(m·K), cinco veces más que la plata , el metal con mayor conductividad térmica. El diamante sintético monocristalino enriquecido al 99,9% con el isótopo 12 C tenía la conductividad térmica más alta de cualquier sólido conocido a temperatura ambiente: 3.320 W/(m·K), aunque existen informes de una conductividad térmica superior tanto en los nanotubos de carbono como en el grafeno. [44] [45] Debido a que el diamante tiene una conductancia térmica tan alta, ya se utiliza en la fabricación de semiconductores para evitar que el silicio y otros materiales semiconductores se sobrecalienten. A temperaturas más bajas, la conductividad se vuelve aún mejor y alcanza 41.000 W/(m·K) a 104 K (-169 °C; -272 °F) ( diamante enriquecido con 12 C). [45]

La alta conductividad térmica del diamante es utilizada por joyeros y gemólogos que pueden emplear una sonda térmica electrónica para distinguir los diamantes de sus imitaciones. Estas sondas constan de un par de termistores alimentados por baterías montados en una fina punta de cobre. Un termistor funciona como un dispositivo de calentamiento mientras que el otro mide la temperatura de la punta de cobre: ​​si la piedra que se está probando es un diamante, conducirá la energía térmica de la punta lo suficientemente rápido como para producir una caída de temperatura mensurable. Esta prueba dura entre 2 y 3 segundos. Sin embargo, las sondas más antiguas se dejarán engañar por la moissanita , una forma mineral cristalina de carburo de silicio introducida en 1998 como alternativa a los diamantes, que tiene una conductividad térmica similar. [8] [31]

Tecnológicamente, la alta conductividad térmica del diamante se utiliza para la eliminación eficiente del calor en la electrónica de potencia de alta gama. El diamante es especialmente atractivo en situaciones en las que no se puede tolerar la conductividad eléctrica del material disipador de calor, por ejemplo, para la gestión térmica de microbobinas de radiofrecuencia ( RF ) de alta potencia que se utilizan para producir campos de RF fuertes y locales. [46]

Estabilidad térmica

El diamante y el grafito son dos alótropos del carbono: formas puras del mismo elemento que difieren en estructura.

Si se calienta a más de 700 °C (1292 °F) en el aire, el diamante, al ser una forma de carbono, se oxida y su superficie se ennegrece, pero la superficie se puede restaurar volviéndola a pulir. [47] En ausencia de oxígeno, por ejemplo en un flujo de gas argón de alta pureza , el diamante se puede calentar hasta aproximadamente1700°C . [48] ​​[49] A alta presión (~20 GPa (2,900,000 psi)), el diamante se puede calentar hasta 2,500 °C (4,530 °F), [50] y un informe publicado en 2009 sugiere que el diamante puede soportar temperaturas de 3,000 °C (5430 °F) y más. [51]

Los diamantes son cristales de carbono que se forman bajo altas temperaturas y presiones extremas, como en las profundidades de la Tierra. A la presión del aire en la superficie (una atmósfera), los diamantes no son tan estables como el grafito , por lo que la descomposición del diamante es termodinámicamente favorable (δ H  = −2kJ/mol ). [22] Sin embargo, debido a una barrera de energía cinética muy grande , los diamantes son metaestables ; no se descompondrán hasta convertirse en grafito en condiciones normales . [22]

Ver también

Referencias

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