Значення хімії у створенні нових матеріалів, розв’язанні сировинної та енергетичної проблем
На перший погляд, здавалося б, що проблему розв’язано і можна приступати до промислового виготовлення брильянтів. У багатьох лабораторіях різних країн розпочалися досліди з добування штучного алмазу, одне за одним з’являлися повідомлення все нових і нових учених про вдалий синтез алмазу, проте алмазів не було.
З відкриттям рентгенівських променів розпочались інтенсивні дослідження будови алмазу, графіту.У 30-х роках радянський вчений О. І. Лейпунський обчислив структуру алмазу і знайшов температуру, при якій атоми вуглецю повинні перебудовуватися з графітової структури в алмазну. Він поставив запитання: чи не перетворюватиметься графіт в алмаз при тій самій температурі, при якій алмаз найповніше перетворюється в графіт? Розрахунок ствердив це припущення. Так було створено графік – діаграму стану вуглецю при різних тисках і температурах. Криві показали: для перетворення графіту в алмаз, крім температури 200 градусів за Цельсієм, необхідний тиск не менший за (60-70)*100000 Н/кв.м тобто в сотні раз більший, ніж міг бути у розпорядженні тих, хто намагався добути штучний алмаз.
О. І. Лейпунський писав, що графіт являє собою кінетично більш вигідний шлях кристалізації вуглецю, ніж алмаз, і внаслідок цього єдино надійний спосіб його виготовлення – кристалізація або ріст кристалів, наявних в межах термодинамічної стійкості (при високих тисках) при температурі, коли можлива рекристалізація графіту. Для цього необхідне вдосконалення техніки одержання високих тисків і підбір середовища для кристалізації. В області, де алмаз менш стійкий, ніж графіт, можливими шляхами є: вирощування алмазу з розчину, який містить вуглець, гартування розплавленого вугілля (також при високому тиску), спіткання алмазної пудри. Отже, рецепт алмазу в загальному, був виписаний, залишилася техніка: тиск, температура…
У 1942 р. розрахунками було доведено, що для росту алмазу необхідно, щоб кількість атом азу необхідно, щоб кількість атомів вуглецю, які торкаються його поверхні або між собою, була не дуже великою, інакше вуглецеві атоми не надбудовуватимуть «помилкові» графітові комірки. Із цього випливає, що під час синтезу алмазу треба керувати не тільки температурою і тиском, а й кількістю самого вуглецю. Проте після публікацій у 1955 р. про синтез алмазів у США і Швеції стало ясно, що наукову частину завдання розв’язано, а повідомлення через два роки про випуск 100 тисяч каратів синтетичного алмазу підтвердило, що створено й заводську технологію його добування.
Наполегливо працювали над проблемою синтезу алмазів і в СРСР, оскільки радянська індустрія потребувала алмазних інструментів. Проте спроби перетворити в алмаз один графіт, без добавлення інших речовин, у яких алмаз розчиняється, до успіху не приводили (О. Лейпунський також наполягав на необхідності застосовувати метали – розчинники, щоб полегшити режим і прискорити процес переходу графіту в алмаз). Було виявлено, що не кожний метал, який добре розчиняє вуглець, можна використати для цієї мети. Свинець, наприклад, непридатний. Отже, метал діє не тільки як розчинник, а й як каталізатор. Найпридатнішим для цього виявилося залізо.
І от, наприкінці 1960 р. під збільшуваним склом засяяли вилучені з преса алмазні зернятка… Радянські вчені Л. Ф. Верещагін, Ю. М. Рябінін і В. А. Галактіонов за синтез штучних алмазів були удостоєні Ленінської премії.
У 1966 р. удалося добути полікристал алмазу. Синтез продовжується лише кілька секунд, і сантиметровий зразок утворюється зразу такої форми, яка потрібна, щоб встановити його в токарний різець, фрезу тощо.
Напружена праця людей, які взяли на себе завдання промислового виробництва алмазів, проводилася в Києві. Київські вчені розуміли, що намагалися виробляти синтетичні алмази без серйозних змін в уже досягнутому в зв’язку зі створенням алмазів, не можна. Перші київські алмази коштували по 135 крб. за карат, майже в 30 раз дорожче, ніж коштували на той час природні алмази. Наполеглива праця, експерименти, створення унікальної камери високого тиску виправдали себе. Починаючи з 1962 р. дешеві київські синтетичні алмази (в середньому по 1 крб. за карат) почали безперервно поступати на підприємства всіх галузей промисловості: виробництва тракторів і автомобілів, кераміки і волокна, кремнію і германію, різців і штампів, вимірювальних інструментів, кінескопів, годинників, взуття тощо. Штучні алмази застосовують для різання, заточування, шліфування та інших технологічних операцій, без яких не можна досягти високої якості виробів.
Бурхливий розвиток нових галузей техніки, таких, як ядерна і ракетна техніка, радіо- і квантова електроніка, кібернетика вимагає від хімії матеріалів з поліпшеними і зовсім новими властивостями. Нам потрібно матеріали не тільки міцніші та надміцні, а й особливо надміцні в поєднанні з малою масою, з високою термо- і жаростійкістю, зносостійкістю і ударною міцністю, стійкою проти корозії і здатністю надійно працювати в умовах радіоактивного випромінювання та різкої зміни температур. Цілком очевидно, що задовольнити такі різноманітні умови експлуатації можна лише створенням нових конструкційних матеріалів.У широкому розумінні будь-який сучасний матеріал – це вже композиція, оскільки у чистому вигляді матеріал вживають надзвичайно рідко. Так, до пластиків, наприклад, добавляють наповнювачі. Не часто можна зустріти і чисті матеріали. Більше того, якщо розгледіти матеріали на атомному або молекулярному рівнях, то здебільшого вони полімерів – тільки перші її кроки. Саме в цій галузі людина зможе повною мірою розкрити свої творчі можливості щодо створення речовин, яких ще не було і немає в природі.