جایگزین شایسته الماس

بشر همواره به فکر آن بوده است که «ره صد ساله» را یک شبه بپیماید. رواج کیمیاگری و تلاش‌های خستگی‌ناپذیر دانشمندان مختلف برای تبدیل مس به طلا یا کشف اکسیر زندگی که ازگذشته‌های دور تاکنون ادامه یافته، گواهی بر این ادعا است.

با این حال، تمام تلاش‌ها و رویاپردازی‌های انسان بی‌نتیجه نبوده است. ضمن آنکه در کنار آزمایش‌ها و مطالعات مختلف، اختراعات و اکتشافات زیادی شکل گرفته است، برخی از اهداف هم به‌طور کامل محقق شده‌اند. ساخت الماس یکی از این اهداف است و با فناوری‌های کنونی می‌توان الماس را هم ساخت.
پایان الماس طبیعی
«الماس» شاید یکی از سنگ‌ها و مواد معدنی باشد که تا ابد باقی می‌ماند، اما ذخایر آن به سرعت در حال تمام شدن است. ۲ دهه است که فعالیت‌های اکتشافی برای یافتن ذخایر جدید الماس بدون نتیجه بوده است. این وضعیت در حالی است که منابع کنونی هم در حال کاهش هستند و از سال ۲۰۱۹م به بعد کاهش شدید عرضه این محصول معدنی را شاهد خواهیم بود.چین یکی از کشورهایی است که به سرعت تقاضای خود را برای الماس افزایش می‌دهد. طبقه متوسط این کشور درخواست روزافزونی برای این سنگ قیمتی دارند و جواهرسازها به سختی خواهان دسترسی به منابع خام الماس هستند. شواهد دیگری که در بازار وجود دارد، نیز روند رو رشد تقاضای این محصول را تایید می‌کند. در مزایده‌ای که اوایل امسال میلادی از سوی شرکت «ریوتینتو» برگزار شد، مشتریان زیادی را به خود جلب کرد. درحال‌حاضر، نخستین بار است که تقاضای جهانی الماس از تولید این محصول پیشی گرفته است.
عبور از نقطه اوج تولید
بنابر گزارش وب‌سایت تخصصی «پترا دایموند» درحال‌حاضر تنها ۳۰ معدن الماس در جهان فعالیت دارند. از طرفی از دهه ۱۹۹۰ میلادی هیچ معدن بزرگ دیگری کشف نشده؛ این وضعیت در حالی است که سرمایه‌گذاری‌های گسترده‌ای در اکتشاف این سنگ گران‌قیمت انجام شده است.ادوارد استرک، تحلیلگر بازارهای سرمایه «بی‌ام‌او»، در گفت‌وگو با پایگاه خبری-تحلیلی «تلگراف» عنوان کرد که یافتن ذخایر الماس کار دشواری است و نیاز به دانش، تجربه و دقت بسیار دارد. به گفته وی، ذخایر این ماده ارزشمند، بسیار کوچکتر از ذخایر موجود برای سایر محصولات است. از طرفی زمانی که یک ذخیره کشف می‌شود، تضمینی وجود ندارد که الماس‌خیز باشد و حتی در این صورت هم ممکن است استخراج و تولید آن اقتصادی نباشد.از طرفی بیشتر معادن کنونی هم از نقطه اوج تولید خود عبور کرده‌اند و تولید آنها رو به کاهش است. به همین دلیل بیشتر آنها معدنکاری روباز را به معدنکاری زیرزمینی تبدیل کرده‌اند. این اقدام را می‌توان تقلای آنها برای بهره‌برداری از آخرین بقایای الماس دانست. تلاشی که تنها چند سال می‌تواند ادامه یابد و پس از آن مجبور خواهند بود که معادن خود را تعطیل کنند. از طرفی تولید الماس از معدنکاری زیرزمینی بسیار کمتر است و هزینه‌های عملیاتی بیشتری هم در پی دارد. این وضعیت در روسیه و کانادا با شدت بیشتری مشاهده می‌شود و معادن این ۲ کشور در حال حرکت از معدنکاری روباز به سمت معدنکاری زیرزمینی هستند.مدیرعامل شرکت «دی بیرز» که استخراج یکی از معادن بزرگ الماس افریقای جنوبی را بر عهده دارد، به تلاش این شرکت برای حفظ تولید خود اشاره می‌کند اما معتقد است که تولید جهانی را نمی‌توان ثابت نگه داشت. به گفته او، کاهش تولید جهانی الماس اتفاقی اجتناب‌ناپذیر است. به گفته وی، معادن کنونی جهان سال به سال پیرتر می‌شوند و بازدهی آنها هم کاهش می‌یابد. به همین دلیل برای حفظ سطح کنونی تولید جهانی نیاز است که ذخایر بسیار بزرگی از الماس کشف شوند؛ اتفاقی که به گفته وی همیشه «ممکن» است اما «محتمل» نیست؛ به نظر می‌رسد که جهان در حال رسیدن به انتهای عصر الماس طبیعی است.
رواج الماس مصنوعی
در ۱۰ سالی که الماس مصنوعی تجاری و به بازار عرضه شده، این محصول به‌تدریج جایگاه خود را در ذهن مشتریان به‌دست آورده است. وب‌سایت تحلیلی «ترنسپرنسی مارکت ریسرچ» در گزارشی که به‌تازگی انتشار داده از آینده روشن این الماس‌های بدلی سخن گفته است. براساس این گزارش، میزان تقاضا برای الماس طبیعی و مصنوعی در سال‌های آینده افزایش خواهد یافت. برای دلیل این رونق در بازار الماس هم می‌توان به رشد اقتصادی کشورهای نوظهور و به‌ویژه افزایش تقاضا در چین، هند و تایوان اشاره کرد. با توجه به قیمت کمتر این نوع از الماس، امکان رقابت آن با نمونه طبیعی‌اش وجود دارد. با این حال، هنوز هم افراد بسیاری ترجیح می‌دهند که نمونه طبیعی الماس را خریداری کنند. اما با وجود تفاوت این ۲ نوع الماس از جهات مختلف، همیشه به راحتی امکان تفکیک آنها از یکدیگر وجود ندارد. به همین دلیل است که شرکت‌های بین‌المللی زیادی در سطح جهان در حال بررسی و ساخت دستگاهی هستند که بتواند بین این ۲ نوع الماس تفکیک قائل شود. با این حال، کاربرد چنین دستگاه‌هایی تنها چند سال خواهد بود و با کاهش ذخایر الماس جهان و افزایش سرسام‌آور قیمت‌های آن، استفاده از الماس‌های مصنوعی رونق بیشتری خواهد یافت. ضمن آنکه در صورت موفقیت پروژه‌های تحقیقاتی در حال اجرای جهان برای افزایش کیفیت و کاهش بهای تمام شده این دسته از مصنوعات، آینده روشن‌تری در انتظار آنها خواهد بود.
فرآیند تولید الماس مصنوعی
در اواخر سال ۱۹۵۵م، رابرت ونتورف توانست کاری شبیه کیمیاگری بکند. او یک شیشه کَره بادام‌زمینی خرید، آن را به آزمایشگاه خود برد، کره را روی نان مالید، و توانست تکه کوچکی از آن را تبدیل به ذرات الماس کند.در همین زمان بود که ونتورف و ۳ تن از همکارانش در مرکز تحقیق و توسعه شرکت «جنرال‌الکتریک» در نیویورک توانستند قیر، زغال‌سنگ، چوب، و مواد دیگر حاوی کربن را تبدیل به ذراتی از الماس بکنند که اندازه آنها ازریزی آرد گندم تا درشتی دانه‌های کنجد بود. این آزمایش‌های شگفت‌انگیز نشان دادند که هر ماده‌ای را می‌توان تبدیل به الماس کرد؛ مشروط بر آن که به اندازهٔ کافی دارای اتم‌های کربن باشد.روش تولید الماس مصنوعی از مواد مختلف، به‌ویژه از گرافیت که معمول‌تر است، بدین ترتیب است که دماها و فشارهای بسیار زیادی را که در داخل زمین باعث تشکیل الماس می‌شوند به‌طور مصنوعی ایجادکنند.این فرآیند گران‌قیمت به‌وسیله جنرال الکتریک در سال ۱۹۵۸م تجاری شد و از آن پس موجب پدید آمدن صنعتی به ظرفیت تولید نیم میلیارد دلار ذرات الماس در سال شد که فرآورده‌های نهایی آن عبارتند از ابزارهای پوشش داده شده با الماس برای مته‌کاری و حفاری در معادن، و ابزارهای الماسه برای ماشین‌کاری دقیق قطعات اتومبیل و قالب‌های مورد استفاده در صنایع سیم‌سازی.حتی قبل از آنکه روش پرفشار جنرال‌الکتریک باعث پیدایش صنایع شود، پژوهشگران توجه خود را به فرآیندی ارزان‌تر و کم‌فشارتر موسوم به رسوب بخار شیمیایی (سی‌وی‌دی) معطوف کرده بودند. در این روش گازهای کربن‌داری مانند متان در محفظه‌هایی با فشار از یک اتمسفر تا یک‌هزارم اتمسفر در معرض دماهای بسیار زیاد قرار می‌گیرند و تجزیه می‌شوند. سپس اتم‌های کربن روی سطح موادی که در این محفظه قرار دارند ولی دمای آنها کم‌تر است می‌نشینند. این روش، نسبت به روش جنرال‌الکتریک، احتیاج به فشارهایی بسیار کم‌تر (تا یک پنجاه هزارم) دارد اما این تنها مزیت آن نیست، زیرا با این روش می‌توان تعداد بسیار بیشتری از مواد را با الماس پوشش داد.بنا به پیش‌بینی جان آنگوس، مهندس شیمی، در آینده از الماس در موارد بسیاری مانند ظروف خانگی، سرمته‌ها، تیغ‌های ریش‌تراشی، ماشین‌های کپی و دیسک‌های کامپیوتری سخت استفاده می‌شود. به اعتقاد «روستوم روی»، متخصص علم مواد در دانشگاه پنسیلوانیا، کشف روش کم فشار بسیار مهم‌تر از کشف روش پرفشار است، زیرا با این روش می‌توان تقریبا هر چیزی را با الماس پوشش داد. به این ترتیب مهندسان می‌توانند خواص عالی الماس مانند مقاومت در برابر خراش و توانایی دفع گرما را به موادی که فاقد این ویژگی‌ها هستند اضافه کنند.با وجود اینکه در قرن نوزدهم نیز درباره ساخت الماس مصنوعی ادعاهایی شده بود ولی نخستین قدم در راه تولید تجاری آن در سال ۱۹۵۵م برداشته شد، یعنی زمانی که «ونتورف» و همکارانش مقاله پرسروصدایی در این‌باره در مجلهٔ نِیچر منتشر کردند. آنها در این مقاله فرآیندی را تشریح کردند که در آن گرافیت (مادهٔ دوده‌ای شکل تمام کربنی مورد استفاده در نوک مدادها) به بلوری تمام کربنی که نشانه خلوص و کمال در طبیعت است، تبدیل می‌شود. این واقعه برای مقامات دولتی آن‌قدر تکان دهنده بود که تا مدتی از انتشار خبر آن جلوگیری کردند. فرآیند جنرال‌الکتریک برای تولید الماس مستلزم ایجاد شرایط «جهنمی» یعنی دماهایی تا هزار و ۴۰۰ درجه سانتیگراد و فشارهایی تا ۵۰ هزار اتمسفر یا بیشتر است. متخصصان جنرال‌الکتریک می‌دانستند که این شرایط برای الماس قابل تحمل ولی برای گرافیت غیرقابل تحمل است. برای این کار محفظه‌هایی بسیار محکم باید ساخته می‌شد که تحمل تنش‌های ناشی از چنین شرایطی را داشته باشند.در دماهای کمتر، کربن ترجیح می‌دهد که ساختار گرافیت را داشته باشد، یعنی به شکل ۶ ضلعی‌هایی که اتم‌های آن دارای پیوندهای کووالانسی با یکدیگر هستند و تشکیل لایه‌های مولکولی روی هم انباشته می‌دهند ولی گرافیت در شرایط حاد فرآیند جنرال‌الکتریک قادر به حفظ شکل خود نیست.
در حضور کاتالیزور فلزی و یک دانه یا جوانه کوچک الماس که در دمای زیر ذوب نگاه داشته شده است اتم‌های کربن گرافیت از یک دیگر جدا می‌شوند و از طریق فلز ذوب شده به طرف هسته الماس حرکت می‌کنند و با ایجاد پیوندهای کووالانسی، ۴ وجهی‌های کاملا یکنواخت و متفاوتی تشکیل می‌دهند.در روش اولیهٔ جنرال الکتریک، الماس‌های تولید شده خصوصیات الماس‌های طبیعی را نداشتند. به گفته ونتورف «اگرچه بلورهای تولید شده بسیار سخت بودند و درخشش داشتند ولی وجود ناخالصی‌ها آنها را تیره و کدر می‌ساخت». الماس‌هایی که از دانه‌های بادام زمینی تولید شده بودند سبز کم‌رنگ بودند و این به خاطر حضور اتم‌های نیتروژن موجود در مولکول‌های پروتئین بود.جنرال‌الکتریک بعداً روش خود را بهبود بخشید و توانست الماس‌های شفاف و زیبایی به قطرهایی از چند میکرون تا چند میلیمتر تولید کند. در سال ۱۹۷۰م دانشمندان جنرال‌الکتریک حتی موفق شدند با استفاده از ریزه‌های الماس به جای گرافیت، الماس‌هایی درشت با کیفیت خیلی خوب بسازند اگرچه هزینهٔ این روش بسیار زیاد بود. فرآیند شده امروزه نیز گران است، ولی استفاده از روش «سی‌وی‌دی» با شرایط آسان‌تر آن، به صنعت تولید الماس مصنوعی جان تازه‌ای بخشید. موفقیت‌های چندین ساله اخیر در پوشش دادن بسیاری از اجسام با الماس، یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های فناوری در ۳ دهه اخیر بوده است. بدون شک آثار این فناوری از آثار فناوری‌های اَبَررساناها بیشتر خواهد بود.