Открытие, как было заведено в то время, немедленно засекретили. Поэтому на протяжении последующих 30 лет процесс получения алмазов при взрыве обычной взрывчатки неоднократно открывали заново, что породило яростные споры о приоритете. Мы намеренно не назвали вам атомный центр, сотрудники которого рассказали вышеприведенную легенду, чтобы ненароком не обидеть других первооткрывателей.
Как бы то ни было, идею довели до практической реализации – первые промышленные установки, работающие по этой технологии, появились в 1980-х годах сначала в СССР, а затем в США. Их преимущество состояло в том, что изготовление алмазов взрывом дает огромную производительность по сравнению с их получением из графита. Более того, нет никаких принципиальных ограничений на объем взрывной камеры, разве что соображения безопасности: чем больше объем, тем выше опасность. Хотя большинство заводов используют камеры объемом в два кубометра, где за один раз взрывают до килограмма взрывчатки и получают до 2,5 кг алмазов за смену, в киевском ЗАО "Алит" в 1990-х годах построили гигантскую установку объемом 100 кубометров в форме железнодорожной цистерны. В ней можно было взрывать до 10 кг взрывчатки за один раз.
Но главное достоинство новой технологии заключалось не в высокой производительности, а в себестоимости производимой продукции, которая была, по сути, отрицательной. Как такое может быть?! Дело в том, что сырьем тут служат взрывчатые вещества, извлеченные из снарядов с истекшим сроком хранения. А этого добра в Советском Союзе (да и в других странах) было произведено так много, что точное количество до сих пор составляет государственную тайну. Просроченную взрывчатку все равно надо как-то утилизировать, что стоит денег, причем немалых. Таким образом, бросовое сырье, деньги за утилизацию и простая технология дают отрицательную – в теории – себестоимость.
Со временем технология совершенствовалась, в частности взрывать взрывчатку стали в воде или во льду. Самая совершенная на сей момент методика рекомендует добавлять в воду восстановитель (лучше всего себя показал уротропин) в том же количестве, что и взрывчатое вещество. Главная задача – получить как можно больше алмазов и как можно меньший несгораемый остаток, ведь от последнего образовавшуюся алмазную шихту приходится тщательно отчищать, а это дополнительные затраты. Добавка уротропина как раз и позволяет снизить содержание несгораемых примесей в наноалмазах до рекордного 0,1 % по массе.
Эту без преувеличения выдающуюся технологию долгое время обходили вниманием комитеты по присуждению различных премий. Возможно, причина кроется в неопределенности с лауреатами: слишком многие претендуют тут на лавры. Первым заговор умалчивания нарушил Игнобелевский комитет, который присудил премию мира за 2012 год российской компания ООО "СКН" из Снежинска во главе с инженером Игорем Петровым "за преобразование старых русских боеприпасов в новые алмазы". Ключевое слово тут – Снежинск (бывший Челябинск-70), закрытый город в Челябинской области, где располагается Федеральный ядерный центр, он же Всероссийский НИИ технической физики имени академика Е. И. Забабахина. Все остальное – непринципиальные детали. Кстати, Игорь Петров посетил Кембридж, штат Массачусетс, для получения премии. Как изменился мир!
Наверно, вас удивляет, что разработка такой продуктивной технологии получения алмазов не привела к падению их цены в ювелирных магазинах. Признаемся: мы коварно скрыли от вас один существенный факт – при взрыве образуются очень мелкие алмазы, в прямом смысле наноалмазы, которые невозможно разглядеть в самый сильный оптический микроскоп, только в электронный, и бриллиантов из них, увы, не нашлифуешь.
Зачем же нужны такие малютки? У них есть множество подчас неожиданных применений, как реализованных, так и перспективных. Например, наноалмазы используют в гальваническом производстве, прежде всего при хромировании и золочении изделий. Даже в небольшом количестве наноалмазы, равномерно распределившись по осаждаемой металлической пленке, уменьшают размер ее кристаллитов и в разы снижают пористость. В результате повышаются прочность и коррозионная стойкость покрытия, а стойкость к истиранию возрастает во много раз: пленка из хрома с наноалмазами в четыре раза превосходит нитрид титана – материал, знаменитый своей износостойкостью. Кстати, основная часть продукции снежинского предприятия поставляется именно для гальваники – как российским, так и зарубежным компаниям.
Наноалмазы в небольшом количестве (0,1–0,3 %) оказались прекрасным компонентом полировальных жидкостей. Они обеспечивают чрезвычайно высокое качество полирования и незаменимы при изготовлении зеркал и других элементов прецизионной оптики. Сейчас доказано, что полировать наноалмазами можно не менее трех десятков веществ, в том числе сталь, твердые сплавы, кварц, сапфир, кремний, кристаллы поваренной соли и бромида калия.
Очень перспективно применение наноалмазов в медицине, ведь они нерастворимы в биологических жидкостях, химически инертны и, по имеющимся на сегодняшний день данным, не обладают токсичностью или мутагенностью. Это делает их прекрасными кандидатами для создания систем направленного транспорта лекарств. Сами по себе они работают как антиоксиданты, с другой стороны, их испытывают как средства противоопухолевой терапии. Смельчаки, потреблявшие водную суспензию наноалмазов, жили дольше того срока, что давал прогноз их состояния.
Ученые очень интенсивно работают над расширением сфер приложения наноалмазов, что неудивительно, ведь детонационные наноалмазы – один из немногих коммерчески доступных и относительно дешевых продуктов нанотехнологий.
Но это еще не вся история. В науке одно открытие влечет за собой другое, тут, как говорил М. С. Горбачев, главное – нáчать. Сначала ученые при синтезе алмазов отказались от использования дорогостоящего оборудования для получения сверхвысокого давления и заменили его простыми и дешевыми взрывными камерами, потом оказалось, что можно обойтись вообще без высокого давления. Это шло вразрез со здравым смыслом и термодинамикой, но такие несовместимости как раз и служат непременным признаком любого настоящего открытия.
Итак, в камеру синтеза помещают некое вещество – источник атомов углерода, разлагают его на составляющие сильным, до 800–1000 ˚С, нагревом, лазерным излучением или еще каким-нибудь способом, а затем углерод либо осаждается на подложку, либо конденсируется непосредственно в объеме реактора.
В первом случае получается алмазная пленка, монолитная или состоящая из отдельных микронных кристалликов, во втором – отдельные нано– и микроалмазы. Успех зависит от материала подложки (она должна обеспечивать выстраивание присоединяющихся атомов именно в "алмазном" порядке), а также от состава веществ в камере синтеза. Опытным путем было установлено, что небольшие, до нескольких процентов, добавки кислорода и водорода (можно в виде воды) способствуют образованию алмазов.
В качестве сырья для синтеза алмазов можно использовать множество веществ, включая широкодоступные, например спирт. Похоже, впервые это удалось сделать в 1986 году Хиросэ Ёити и Тэрасава Юкки из Японского технологического института близ Токио
[49], они выращивали алмазные пленки из спирта со скоростью 8–10 микрон в час.
