Be šio kiečiausio natūralaus mineralo sunku įsivaizduoti orlaivių gamybą, daugumą pramonės sričių, taip pat – mediciną ar juvelyriką. Artėjant 5G ryšio diegimui, populiarėjant daiktų internetui, visoms gyvenimo sritims persikeliant į debesį, poreikis lustams auga geometrine progresija, todėl ir deimantų paklausa auga taip pat sparčiai.
Pasaulyje natūraliais deimantų ištekliais gali pasigirti nedaug šalių, tarp kurių dominuoja Botsvana, Pietų Afrikos Respublika, Rusija, Namibija, Tanzanija, Kanada ir kai kurios kitos šalys. Vis dėlto praeitame šimtmetyje fizikų pastangomis buvo sukurtos dirbtinių deimantų gamybos technologijos, kurių pagalba susintetinti mineralai sėkmingai pakeičia natūraliuosius, nenusileisdami nei savybėmis, nei išvaizda.
JAV, Jungtinėje Karalystėje ir kitose šalyse steigiamos vis naujos deimantų „auginimo“ fermos, užimančios šimtus hektarų žemių. Itin aukštoje temperatūroje, siekiančioje 2500 laipsnių Celsijaus, auginami deimantai reikalauja specifinės įrangos ir galingo aušinimo, tačiau ši veiklos sritis išsiskiria aukšta pridėtine verte ir didžiule investicijų grąža. Fizinių ir technologijų mokslų centre (FTMC) dirbantis fizikos mokslų daktaras Tomas Grigaitis įsitikinęs, kad susiklosčius palankioms aplinkybėms Lietuva taip pat galėtų tapti viena iš dirbtinių deimantų gamintojų.
Jo teigimu, žinių ir profesionalumo pakanka, tačiau paversti deimantų auginimą pelningu verslu gali padėti stambios investicijos ir aiški deimantų pritaikymo strategija. Apie deimantų pramonę ir šiuos brangakmenius gaubiančius mitus pranešime spaudai kalbiname T. Grigaitį.
– Kurios deimantų savybės nulemia tokią aukštą jų paklausą?
– Norint gaminti deimantinius elektronikos prietaisus, esminis parametras yra kristalo kokybė bei galimybė į kristalą įterpti priemaišas ir taip keisti jo elektrinį laidumą. O pagrindiniai deimantams keliami reikalavimai yra dydis, gardelės defektų skaičius ir elektrinė varža. Siekiama auginti kuo didesnio skersmens kristalus taip mažinant kainą.
Šiuolaikinės technologijos leidžia auginti tiek monokristalinį deimantą, t. y. tobulą vientisą kristalą, tiek polikristalinį deimantą, kuris sudarytas iš mažyčių, kelių mikronų dydžio kristalų. Tokiu būdu kinta deimanto savybės, kaina ir panaudojimo galimybės.
– Kaip galima būtų apibūdinti deimantų gamybos rinką?
– Paskaičiuota, kad pasaulinė sintetinių deimantų rinka viršija 10 milijardų JAV dolerių per metus ir nuolat auga. Nors deimantai plačiausiai naudojami elektronikoje, tačiau nemažą dalį rinkos užima lazerių ir rentgeno komponentų gamyba, taip pat medicina ir, žinoma, juvelyrika. Deimantai taip pat naudojami kuriant kvantinius kompiuterius.
– Dauguma gyventojų deimantą įsivaizduoja kaip šviesoje žėrintį kristalą, kurio kaina iki šiol įkandama tik labai siauram žmonių ratui. Kuo skiriasi natūralūs ir dirbtiniai deimantai?
– Be profesinių žinių ir specialios įrangos absoliuti dauguma gyventojų negalėtų atskirti dirbtinio deimanto nuo natūralaus. Tiek gamtoje susiformavę, tiek laboratorijoje užauginti deimantai gali turėti gardelės defektų ar įvairių priemaišų, kurios keičia tiek optines, tiek elektrines savybes. Dėl šios priežasties mes turime baltus, raudonus, žalius ar net mėlynus deimantus. Kita vertus, jei kalbėtume apie idealų kristalą, tai jo savybės būtų visiškai identiškos nepriklausomai nuo deimanto kilmės.
– Ar tai reiškia, kad dirbtinis deimantas tiek juvelyrikoje, tiek pramonėje pasižymi tokiomis pačiomis išorinėmis ir vidinėmis savybėmis?
– Iš esmės taip. Nors įvairiuose tarptautiniuose fizikų susibūrimuose mėgstama pajuokauti, kad mokslininkas, sukūręs sintetinį deimantą, kurio neįmanoma atskirti nuo natūralaus, kitą dieną būtų rastas negyvas. O jei rimtai, kol kas deimantų sintetinimas yra nepigus verslas, nors ir leidžia dirbtinius mineralus pagaminti pigiau, nei pasaulyje mokama už natūralius deimantus.
– Atsižvelgiant į dabartinę lustų krizę ir padidėjusias investicijas į puslaidininkių technologijas, kyla natūralus klausimas: kodėl Lietuva nestato deimantų auginimo gamyklų?
– Lietuvoje pakanka ir specialistų, ir sukauptų kompetencijų. Jei atsirastų investuotojų su aiškiais produkcijos užsakovais, deimantų auginimo fermą galima būtų įkurti labai greitai. Tačiau iki pradedant skaičiuoti investicijas, svarbu suprasti rinkos specifiką, kuri yra orientuota į paklausą. Nors deimantų gamintojų yra daug, vis dėlto kiekvienas iš jų stengiasi patenkinti specifinį vartotojo poreikį. Norint gaminti komponentus chirurginių prietaisų gamybai pakaktų laboratorijos, tačiau siekiant bendradarbiauti su metalo apdirbimo pramone tektų statyti angarą. Savaime suprantama, kad investicijų apimtys tokiais atvejais smarkiai skirtųsi.
– Jūs teigiate, kad mūsų šalyje pakanka deimantų auginimo kompetencijų. Ar tai reiškia, kad ir dabar gaminate deimantus Lietuvoje?
– Taip, laboratorinėmis sąlygomis. Deimantų auginimas vyksta vakuuminėje kameroje, į kurią nuolat įleidžiamas nedidelis kiekis metano ir vandenilio dujų mišinio. Dujos termiškai ar plazmos pagalba suskaldomos į radikalus, kurie nusėda ant įkaitinto padėklo ir taip formuoja deimantinį paviršių. Visa kamera yra aušinama vandeniu, nes vietomis temperatūra gali siekti 2500 laipsnių Celsijaus. Šiuo metu auginame plonus, 10 mikronų deimantinius sluoksnius. Palyginti su žmogaus plauko storiu, tai yra maždaug penkis kartus plonesnis sluoksnis.
– O kiek laiko užtruktų užauginti vieno karato deimantą?
– Tokį užauginti irgi galėtume, tačiau tam prireiktų beveik mėnesio. Tiesa, tektų sunaudoti apie 1000 kWh elektros energijos, kuri pastaruoju metu sparčiai brangsta.
– Lietuvoje kurį laiką kalbama, kad teoriškai deimantą būtų galima užauginti ir mikrobangų krosnelėje?
– Mitas, kad mikrobangų krosnelėje galima auginti deimantus, prieš keletą metų gimė kaip balandžio pirmosios pokštas. Dalis tiesos jame yra, nes deimantams auginti naudojamas toks pat ar galingesnis magnetronas, kuris yra ir mikrobangų krosnelėje. Tačiau norint užauginti šį brangakmenį, reakciją reikia atlikti daliniame vakuume, naudojant ypač švaraus metano ir vandenilio dujų mišinį, bei įkaitinti reaktorių iki 800 laipsnių Celsijaus. Sunku įsivaizduoti įprastą virtuvę, kurios šeimininkai be grėsmės saugumui sutiktų tokiems eksperimentams.
– Koks mitas ar stereotipas apie deimantus yra gajausias?
– Prieš keletą dešimtmečių buvo sukurtas meninis filmas pavadinimu „Deimantai amžiams“ („Diamonds are forever“). Deja, kaip mokslininkas turėsiu paneigti šį vieną brangiausių mitų. Kambario temperatūroje deimantas nėra stabilus, todėl jis iš lėto virsta grafitu. Toks procesas gali užtrukti milijardą metų, tačiau tai neišvengiamai įvyks. Deimantą pakaitinus iki 2000 oC šis virsmas užtruktų vos minutę – paprasčiau tariant, jis tiesiog sudegs. Taigi, nepaisant puikiųjų savybių, be kurių šiuo metu negali išsiversti dauguma pramonės šakų, deimantas kaip medžiaga nėra amžina.
– Šiais laikais ypač vertinamas natūralumas. Gal žinote, kaip sintetiniai deimantai yra vertinami juvelyrikoje?
– Daug ką parodo pasaulio įžymybių elgesys. Pavyzdžiui, Jungtinėse Amerikos Valstijose sintetiniai deimantai tampa tiek prabangos, tiek ir socialiai atsakingo žmogaus atributu. Sintetiniais brangakmeniais puošiasi tokios įžymybės, kaip Penelope Cruz, Emma Watson, Lady Gaga ar Meghan Markle.
