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La Stampa, TuttoScienze, 14/12/1994 (immagine)
Come farsi diamanti a mille lire al grammo
Una tecnica promettente per usi industriali, non per la gioielleria
MOLTI forse si sono chiesto perche' i nanetti avessero bisogno di Biancaneve per riordinare la loro umile casetta pur esercitando una professione, quella di collezionisti di diamanti, che avrebbe loro permesso l'assunzione di un esercito di collaboratrici domestiche. Forse volevano risparmiare per assicurarsi una pensione dignitosa, visto il rischio di un prepensionamento per esubero di manodopera. Corrono infatti tempi duri (si fa per dire) per chi estrae diamanti naturali.
Tutto inizio' 40 anni fa quando si realizzano i primi diamanti artificiali comprimendo ad alte pressioni (60 mila atmosfere) e alte temperature (2000 C) composti del carbonio che, in queste condizioni infernali, si trasformano in diamante. Ma non fu questa notizia a turbare i sonni dei sette nani, in quanto i cristalli cosi' prodotti richiedono costose apparecchiature e sono di qualita' e dimensioni tali da poter essere usati quasi soltanto in paste abrasive per lucidatura meccanica. Ben altro effetto produsse la notizia di una sintesi del diamante poco costosa e di semplice realizzazione riguardante il diretto assemblaggio degli atomi di carbonio dalla fase vapore alla fase adamantina a pressioni inferiori alla pressione atmosferica. Al suo comparire, negli Anni 60, una tale sintesi apparve a molti una velleita' alchemica, simile alla trasmutazione del piombo in oro, in quanto era ben noto che, a basse pressioni, gli atomi di carbonio tendono ad aggregarsi in un'altra meno nobile forma cristallina, la grafite, ovvero nel materiale di cui e' composta l'anima delle comuni matite. Tuttavia, se gli atomi di carbonio, depositandosi su una superficie, trovano un ambiente opportunamente strutturato, le due forme cristalline, quella stabile (grafite) e quella ®metastabile¯ (diamante), possono coesistere. Questa situazione fu sfruttata per far crescere selettivamente cristalli di diamante eliminando le inevitabili formazioni grafitiche grazie all'azione dell'idrogeno atomico che svolge la duplice funzione di architetto, in quanto forma strutture molecolari che favoriscono l'enucleazione di cristalli di diamante, e di spazzino, in quanto, legandosi con le piu' reattive fasi grafitiche, ne facilita l'evacuazione.
L'apparecchiatura per realizzare la sintesi assomiglia a una lampadina, in cui si introduce idrogeno e metano (le cui molecole hanno un atomo di carbonio e quattro di idrogeno) ad una pressione pari a qualche centesimo della pressione atmosferica. Quando si accende la "lampadina", il calore sprigionato dal filamento rompe le molecole dei gas reagenti, liberando, fra l'altro, atomi di idrogeno e carbonio. Questi ultimi, depositandosi su un substrato posto in prossimita' del filamento, trovano un terreno che gli atomi di idrogeno hanno reso adatto alla formazione di cristalli di diamante.
Questa tecnica permette di far crescere strati sottili di diamante a un prezzo risibile (meno di 1000 lire al grammo = 5 carati) con una velocita' di circa un millimetro al mese! Tale velocita' e' effettivamente bassa per ottenere diamanti da gioielleria, ma diventa di grande interesse per innumerevoli applicazioni tecnologiche. Il diamante possiede eccezionali proprieta' che ben giustificano l'etimologia del nome (dal greco adamas, invincibile) e che lo collocano ai poli estremi delle scale dei materiali. Ha infatti il piu' alto grado di durezza, la piu' alta conducibilita' termica, la piu' bassa conducibilita' elettrica, la piu' bassa reattivita' chimica, e' resistente alle radiazioni ionizzanti, totalmente biocompatibile e ha caratteristiche ottiche ed elettroniche superiori a quelle del silicio. Queste proprieta' rendono il diamante appetibile per applicazioni quali il ricoprimento di strumenti da taglio per aumentarne la durezza, la fabbricazione, per l'industria aerospaziale, di finestre trasparenti e praticamente insensibili alle condizioni esterne, la realizzazione di protesi o valvole cardiache, di supporti per la dissipazione di calore, oppure di dispositivi elettronici funzionanti in condizioni attualmente proibitive, quali in prossimita' di reattori nucleari o motori di aerei. Un consiglio, quindi, ai sette nani per evitare futuri problemi economici: investite, come stanno facendo grandi e piccole industrie di tutto il mondo (Italia esclusa), nella tecnologia per la sintesi del diamante a basse pressioni. Si prevede che presto il diamante rendera' obsoleti molti altri materiali, cosi' come, 40 anni fa, il silicio soppianto', in molti dispositivi, il pionieristico germanio.
Ettore Vittone Universita' di Torino
