De Beers venderá diamantes sintéticos: así es como se fabrican

Aug 04, 2023

Profesor de Física de Materiales, Universidad de Aberystwyth

Andrew Evans recibe fondos de EPSRC, la UE (WEFO) y Element Six.

La Universidad de Aberystwyth proporciona financiación como miembro de The Conversation UK.

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La compañía de diamantes más grande del mundo, De Beers, anunció recientemente que comenzaría a vender piedras preciosas de diamantes sintéticos por primera vez en sus 130 años de historia. Los diamantes artificiales se fabrican desde la década de 1950, pero De Beers se ha resistido durante mucho tiempo a entrar en el mercado sintético. La compañía ahora cree que la tecnología es lo suficientemente eficiente para producir grandes cantidades de diamantes sintéticos con la calidad de las mejores piedras preciosas. ¿Cómo funciona exactamente este proceso?

El diamante es muy apreciado como una piedra preciosa transparente que brilla como ninguna otra. También es uno de los más duros de todos los materiales y se siente frío al tacto. Todos estos notables atributos dependen de la disposición perfectamente regular de los átomos dentro del cristal de diamante y todos estos átomos son exactamente iguales: son carbono.

Pequeñas imperfecciones en este arreglo, ya sea un átomo que está en el lugar equivocado, que falta o que es de un elemento diferente, puede provocar grandes cambios en el color del diamante. Por ejemplo, reemplazar un átomo de carbono de cada 10,000 con un átomo de nitrógeno haría que una piedra preciosa transparente se tornara marrón.

Conseguir que los átomos de carbono se organicen en este cristal perfecto no es fácil y no puede suceder naturalmente en la superficie de la Tierra, ya que el carbono aquí prefiere formar cristales de grafito, el material negro suave que usamos en las minas de lápiz. En este entorno, los átomos de carbono también tienden a unirse más fácilmente a otros átomos, como el oxígeno y el hidrógeno, que entre sí. Esto significa que incluso hacer cristales de grafito puro es difícil.

Los diamantes naturales se fabrican en las profundidades de la Tierra donde, en muy raras ocasiones, se reúnen los ingredientes correctos a la temperatura y presión correctas y luego se transportan a la superficie durante millones de años. Los primeros diamantes artificiales se fabricaron en el laboratorio replicando estas condiciones en máquinas enormes, y esta es todavía la forma en que se fabrican hoy en día los diamantes pequeños para herramientas de corte industriales.

También es posible hacer cristales de diamantes artificiales de alta calidad mediante el crecimiento de capas de átomos de carbono uno a la vez usando metano. Esto se hace eliminando el hidrógeno de las moléculas de metano en recipientes súper limpios utilizando plasmas calientes. Luego, todo el carbono se ve obligado a convertirse en cristales de diamante, en lugar de en uno de los muchos otros tipos de carbono, como el grafito, el grafeno o el fullereno buckminster (a menos, por supuesto, que desee cultivar combinaciones de estos materiales muy diferentes).

El desafío es hacer que este proceso, conocido como deposición química de vapor (CVD), sea rentable. De Beers ahora cree que ha llegado a este punto y planea ampliar la producción en sus instalaciones de Ascot en el Reino Unido y en una nueva fábrica de diamantes en los Estados Unidos.

El control de la pureza de estos cristales también abre nuevas oportunidades para el uso de diamantes. Por ejemplo, es posible usar cada impureza atómica como una pequeña antorcha que produce una sola partícula de luz libre de interferencias de sus átomos vecinos en el cristal. Esto se puede usar para almacenar un solo bit de información para una computadora especial "cuántica". Las impurezas del boro, además de producir valiosos diamantes de color azul oscuro o negro, se utilizan para fabricar diamantes que conducen la electricidad, proporcionando un material alternativo al silicio o los metales en condiciones extremas, como en el espacio.

Cada diamante natural contiene pistas sobre su historia única y es posible revelar su origen al inspeccionarlo con los instrumentos más modernos. Los diamantes artificiales también llevan esta información y las diferencias en la forma en que brillan en la luz ultravioleta se usan regularmente para distinguir las piedras preciosas naturales de las sintéticas. Entonces, incluso si el ojo humano no puede cuestionar la perfección del diamante, sus pequeñas imperfecciones siempre están ahí para revelar sus historias ocultas y su individualidad.