Поиск по сайту

bit.samag.ru

Web

Рассылка Subscribe.ru

подписаться письмом

Вход в систему


Запомнить меня
Регистрация Забыли пароль?

О журнале

Ваше мнение

Статьи

Общие тенденции и тренды

Архив

Мероприятия

Календарь мероприятий

декабрь

2024

показать все

Новости партнеров

19.12.2024

«ГенИИ» завершили год разговором о главной технологии FinTech

17.12.2024

РДТЕХ внедряет новый премиальный стандарт сервисной поддержки

17.12.2024

Минцифры усиливает подготовку ИТ-специалистов

13.12.2024

Рынку индустриального ПО нужна стратегия развития Итоги III Конференции по матмоделированию

07.12.2024

Avanpost FAM/MFA+ стали еще безопаснее: вышла обновленная версия системы аутентификации

показать все

Статьи

12.12.2024

Что следует учитывать ИТ-директорам, прежде чем претендовать на должность генерального директора?

11.12.2024

Сетевая инфраструктура, сетевые технологии: что лучше – самостоятельная поддержка или внешнее обслуживание?

22.11.2024

Тандем технологий – драйвер инноваций.

21.11.2024

ИИ: маршрут не построен, но уже проектируется

18.11.2024

Глеб Шкрябин: «Надежные и масштабируемые системы — основа стабильной работы бизнеса в условиях больших нагрузок»

14.10.2024

Елена Ситдикова: «На разработчиках программного обеспечения для транспорта лежит большая ответственность перед пассажирами»

13.06.2024

Взгляд в перспективу: что будет двигать отрасль информационной безопасности

18.04.2024

5 способов повысить безопасность электронной подписи

18.04.2024

Как искусственный интеллект изменит экономику

18.04.2024

Неочевидный САПР: выход ПО за рамки конструкторской деятельности

показать все

О чём молчит Википедия или как превратить миллионера в миллиардера

Главная / Архив номеров / 2022 / Выпуск №06 (119) / О чём молчит Википедия или как превратить миллионера в миллиардера

Рубрика: Алмазные технологии

Алексей Лагутенков, MBA Kingston University UK, ITSM Manager, MCSE+I, MCSE:S:M, MCDBA, MCDST

О чём молчит Википедия
или как превратить миллионера в миллиардера

Удивительная штука – прогресс. Сейчас уже вряд ли кто-то вспомнит, что такое одновременное программированием на Бэйсике и в машинных кодах в почти «безграничной» RAM, объёмом 48 килобайт. Современные дети запускают «Блендеры» и «Скретчи» в гигабайтах оперативной памяти не задумываясь, что самый скромный современный домашний компьютер превосходит супер-ЭВМ времен СССР по всем параметрам в тысячи или даже десятки тысяч раз! Пожалуй, самое поразительное в этой истории, что прогресс не сбавляет темпов своего развития и уже на подходе техника еще более скоростная и совершенная.

На страницах «БИТа» уже заходил разговор о будущем ИТ, построенном на квантовых вычислениях и синтетических алмазах. К сожалению, до начала безумной политики «отмены России» ни одно подобное устройство в нашу страну не приехало, но вряд ли стоит об этом жалеть! Самим фактом своего существования многие будущие «алмазные информационные технологии» – обязаны учёным из СССР. Почему-то об этом факте скромно молчит англоязычная Википедия, а в её русскоязычном разделе нет даже упоминания фамилий тех русских учёных, благодаря которым стало возможно синтезировать принципиально новым методом самое твёрдое в мире вещество – алмаз!

Синтетические алмазы с каждым днём, незаметно, занимают всё большее место в нашей жизни. Конечно, до повседневного «домашнего» квантового компьютера, построенного на внедренных в алмаз дефектах, ещё довольно далеко. Тем не менее, для питания специальных информационных систем уже созданы практически «вечные» алмазные батарейки. Синтетические алмазы позволяют неограниченно поддерживать в полёте дроны, помогая подзаряжать их с помощью лазерного луча. Алмазные детекторы работают в высокотехнологичных установках, в условиях немыслимого и непереносимого для любого другого вещества радиационного излучения. Эти синтетические драгоценные камни служат основой для сложнейшей навигационной аппаратуры, а, будучи огранёнными, уже продаются в составе украшений почти в каждом ювелирном магазине России.

Если же уйти ещё чуть-чуть в сторону, то алмазы и алмазные плёнки позволяют создать сверхтвёрдые абразивные материалы и сверхпрочные режущие инструменты. Порошки из наноалмазов борются с бактериями и побеждают их. Словом, всю область современного применения искусственно синтезированной «кубической формы углерода» сложно даже представить!

Сегодня существует два широко распространённых, промышленных способа синтеза алмазов. Первый метод называется «HPHT» – «High Pressure High Temperature», что переводится с английского «высокое давление при высокой температуре». Несмотря на очевидный приоритет иностранцев в этой области, теоретические основы и даже соображения о практической реализации этого метода синтеза были заложены в 1939 г., в СССР, нашим соотечественником О.И. Лейпунским.

А вот про другой способ синтеза, который называется на английском «CVD» – «Chemical Vapor Deposition» или «Химическое парофазное осаждение», в Википедии приводятся очень размытые данные:

«Химическое осаждение из газовой фазы – это метод получения алмазов, в котором алмаз растёт за счёт осаждения углерода на затравку из водород-углеродной газовой смеси. Данный способ активно прорабатывался научными группами в мире с 1980-х» [1].

Метод HPHT требует гигантских прессов, весом около ста тонн, позволяющих создавать и поддерживать в нагретом до 1300˚ – 1500˚ градусов состоянии смесь металла-катализатора с графитом под давлением до 70 000 атмосфер. Именно из этой смеси впоследствии и формируются алмазы.

Способ получения алмазов CVD в этом отношении гораздо «мягче». Требуемая температура от 300 до 1600 градусов, а давление одна атмосфера или меньше. Каждый из этих процессов, безусловно, имеет свои достоинства и недостатки, однако остаётся открытым вопрос, кто его открыл?

Даже Британская энциклопедия, довольно подробно излагающая весь путь науки к синтезу алмаза, почему-то о CVD упоминает достаточно сухо:

«Начиная с 1950-х годов, российские исследователи начали изучать методы синтеза алмаза путем разложения углеродсодержащих газов, таких как метан, при высокой температуре и низком давлении. В 1980-х годах в Японии были разработаны коммерчески жизнеспособные версии этого метода химического осаждения из паровой фазы» [2].

Представляем читателям изобретателя, «отца» технологии химического газофазного синтеза алмаза, доктора химических наук Бориса Владимировича Спицына, который любезно согласился ответить на вопросы журнала «БИТ».

– Борис Владимирович, расскажите, пожалуйста, как возникла идея «дорастить» алмаз?

– Эта идея настолько проста и естественна, что её можно найти даже у М.В. Ломоносова. В своё время он записал в плане своих опытов: «… при кристаллизации класть на зарод почечные алмазы и другие камни…». То есть, если в северных краях, в теплице можно вырастить, скажем, какао и ананасы, то почему бы не возникнуть мысли: «Взять маленький затравочный алмаз и не вырастить из него нечто большего размера?».

Когда я был студентом, ещё только получавшим химическое образование, у меня возникло предположение: если кристалл алмаза можно рассматривать как большую молекулу, составленную только из одних атомов углерода, то почему бы не продолжить этот рост кристалла, который прекратился в природе миллиарды лет назад? Почему бы не присоединить надлежащим образом новые атомы углерода к поверхности?

– Неужели вам удалось с первой попытки создать прототип современного CVD- реактора?

– Далеко не так. В начале был синтез одного из наименее устойчивых соединений углерода – четырехбромистого углерода или тетрабромметана. Для первого опыта Владимир Вячеславович Болдырев (ныне – академик РАН) предоставил мне кристаллик алмаза из коллекции геологического факультета.

В опыте, пары тетрабромметана при 400˚ С разлагались, а на поверхности затравочного кристалла образовывалась темная, твердая пленка, которая не царапалась ножом. Это дало возможность уже в июле 1956 года зарегистрировать заявку на изобретение.

Позднее, в соавторстве с Б.В. Дерягиным, на это изобретение было получено закрытое авторское свидетельство № 339134 «Способ наращивания граней алмаза». Этим была зафиксирована основная идея нового, ныне широко распространенного синтеза алмаза методом CVD.

Впоследствии, уже когда я работал в Институте физической химии Академии наук СССР, был синтезирован четырехйодистый углерод – в виде рубиновых кристалликов-октаэдров. Его пары в высоком вакууме направлялись на нагретую до 900˚ С пластинку алмаза. Первоначально зеркальная поверхность этого драгоценного камня становилась шероховатой. Однако надо было как-то доказать, что в результате получился именно алмаз. Для этого у меня было всего две возможности.

Сначала я попробовал бомбардировать полученную плёнку ускоренными до 1 кэВ электронами, и поверхность светилась голубым – так же, как природный алмаз. Во втором тесте использовался карбид кремния. Как вы, наверное, знаете, это очень твердый материал, которым можно поцарапать что угодно, кроме алмаза. Карбид кремния не царапал исходную гладкую поверхность алмаза, а вот на полученной плёнке он абразировался. Это было представлено в моей кандидатской диссертации в 1966 году.

– Значит, распространяемая в интернете информация, что технология CVD разработана в 1980-е годы безымянными «группами учёных» по всему миру – неправда?

– Доля истины в этих словах есть. Действительно, первая промышленная установка CVD появилась не раньше 1980-х. Однако первый практический шаг был сделан именно в СССР, в авторской заявке 1956 года.

В 1958 году аналогичный процесс был заявлен в двух патентах США. Их автор, В. Эверсол, синтезировал новый алмаз при термическом разложении метана, либо окиси углерода на поверхности субмикронных алмазных порошков. Путь к принципиально новому методу синтеза алмаза был найден со стороны химии и физической химии. Без этого подхода даже с использованием точнейших физических методов, дорога не была бы проложена еще многие годы. Мне просто посчастливилось быть первым на этом пути.

Реактор CVD.
Москва, Колледж
предпринимательства № 11

– Борис Владимирович, если сравнивать две технологии получения синтетического алмаза: высокого давления при высокой температуре и парофазного охлаждения, то, что на Ваш взгляд будет интереснее, что перспективнее?

– Кристаллы, полученные при сверхвысоких давлениях, содержат меньше линейных дефектов – дислокаций. Однако при высоких давлениях трудно получить материал, содержащий мало азота. Метод же CVD, используемый, например, компанией «Element Six», позволяет получить настолько чистый алмаз, что они его даже называют алмаз «Тип IIIA» . В нём содержание азота измеряется даже не в ppm (одна часть примеси на один миллион частей основного вещества), а в ppb (одна часть примеси на миллиард частей основного вещества). Это даёт чрезвычайно широкие возможности применения таких алмазов в электронике, информационных технологиях, лазерной и коммуникационной технике.

– Какие ещё интересные направления есть в современном синтезе алмазов?

– Пожалуй, это слишком большая тема, чтобы её можно охватить за время нашей короткой беседы. Несомненный интерес представляют, например, наноалмазы или нитридная электроника, совмещенная с алмазами.

– Что представляют собой наноалмазы?

– Если вы служили в армии или смотрели голливудские боевики, то знаете, что у всех на слуху были взрывчатые вещества гексоген и тринитротолуол. При подрыве смеси этих двух субстанций на мгновение создаются огромные давление и температура, то есть условия для термодинамической стабильности алмаза. Поэтому из углерода, входящего в состав этих взрывчатых веществ, образуются микроскопические нанокристаллики алмазов. Их размер обычно от 1 до 10 нм, но у них есть ряд интереснейших свойств, не встречающихся у макроскопических алмазов.

Авторское свидетельство 339134 «Способ наращивания граней алмаза», заявленное 10.07.1956 г. Опубликовано в БИ 12.05.80 N17 стр. 323

Детонационным методом можно получать этот алмазный материал – тоннами, что сейчас делают у нас, совместно с Белоруссией, а также китайцы. Это вещество можно использовать для тончайшей полировки чего-либо, в качестве добавок в жидкие и твердые функциональные материалы и, особенно широко, в биологии и медицине. Например, между нашим Институтом физической химии и электрохимии и Институтом им. Н.Ф. Гамалеи есть соглашение о сотрудничестве, а также патент на улавливание вирусов. При одной обработке наноалмаз ловит вирусы гриппа, при другой – полиомиелита.

– Вы упомянули также о связи нитридной электроники и алмазов. Какая тут связь?

– Вы наверняка в курсе, что сейчас, помимо электроники, основанной на кремнии, бурно развивается новое направление – электроника на нитридах металлов 3-ей группы Периодической системы – алюминия, галлия и индия.

Например, раньше светофор представлял собой устройство с лампочками накаливания и лампочки эти надо было менять каждые три месяца. Сейчас, скажем, зеленый светофор – это нитрид алюминия с нитридом галлия, легированные с n-стороны кремнием и с p-стороны магнием, обычный p-n переход. Зеленый свет, генерируемый таким устройством, в несколько раз ярче ламп накаливания, более направленный, а срок службы излучателя составляет несколько лет.

У алмаза теплопроводность в пять раз выше, чем у меди и намного выше, чем у кремния и арсенида галлия. Если нарастить в эту систему алмазный теплоотвод, то можно создать светоизлучающие устройства беспрецедентной мощности и яркости. И это только один из примеров.

– Вы – представитель советской и российской науки. Как вы оцениваете перспективы развития всей научной отрасли в нашей стране в ближайшее время в сложившейся обстановке?

– Перспективы огромны! Одно время я почти серьёзно говорил: «Дайте нам честного миллионера, и мы превратим его в миллиардера!». Наши разработки можно использовать в столь многих областях науки и народного хозяйства, что на одно перечисление уйдёт времени больше, чем на всё интервью! Верю в Россию и в отечественную науку! Всё у нас будет хорошо!

[1] Синтетические алмазы // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Синтетические_алмазы/ (Дата обращения: 23.06.2022).
[2] Synthetic diamond // URL: https://www.britannica.com/science/synthetic-diamond (Дата обращения: 01.07.2022)

Ключевые слова: синтетический алмаз, теплопроводность, синтез алмазов, нитридная электроника, технология CVD, химический газофазный синтез алмаза.

Подпишитесь на журнал
Купите в Интернет-магазине

В начало⇑

Комментарии отсутствуют

Комментарии могут отставлять только зарегистрированные пользователи