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Autor
Diamond Land
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30 Minutos
Publicado
18.04.2025
Actualizado
16.04.2025

Historia de la síntesis del diamante

Le Chatelier
1908

Para el químico moderno, la síntesis del diamante representa un desafío tan seductor como lo fue la piedra filosofal para los alquimistas.

Confirmación del origen carbonoso del diamante (siglos XVII – XIX)

Los primeros experimentos documentados con diamantes datan de 1694, cuando los científicos florentinos Gianni Averani y Carlo Targioni, discípulos del gran Galileo, utilizaron una lente para concentrar la luz solar y demostraron que el diamante arde cuando se calienta lo suficiente.

En 1704, Isaac Newton, en su obra «Opticks», describió las propiedades de refracción de diversas sustancias, incluido el diamante. A partir de su índice de refracción, Newton concluyó que este mineral tenía una naturaleza carbonosa.


Isaac Newton
Isaac Newton, experimentos con la luz


En la primavera de 1772, Antoine Lavoisier, utilizando una enorme lupa de 84 cm de diámetro, quemó un diamante dentro de un recipiente de vidrio sellado. En experimentos posteriores, el científico determinó que tanto el diamante como el carbón vegetal, al arder, producían el mismo gas: dióxido de carbono. Este descubrimiento lo convenció de que tanto el diamante como el carbón estaban compuestos por el mismo elemento, al que llamó «carbono».


Antoine Lavoisier
Antoine Lavoisier, la combustión del diamante en una «máquina de ignición»


Un par de décadas más tarde, en 1796, el químico británico Smithson Tennant repitió el experimento de Lavoisier sobre la combustión del diamante. En su ensayo utilizó un recipiente de oro, y dirigió el gas producido durante la combustión hacia una solución de agua de cal. Al observar la formación de carbonato de calcio (tiza) como precipitado — y medir su cantidad — Tennant determinó tanto la naturaleza como el volumen del gas generado [1].


Fragmento del artículo de S. Tennant
Fragmento del artículo de Smithson Tennant «On the Nature of the Diamond», 1796


En el transcurso de sus experimentos, Tennant demostró que al quemar diamantes se libera exactamente la misma cantidad de dióxido de carbono que al quemar una masa equivalente de carbón vegetal.

A principios del siglo XIX, el experimento de Lavoisier fue repetido por el químico británico Humphry Davy junto con su secretario, un joven físico llamado Michael Faraday. Davy se resistía a aceptar que el diamante y el carbón tuvieran la misma naturaleza: uno, una hermosa piedra preciosa; el otro, grafito negro que ensucia las manos.


Humphry Davy y Michael Faraday realizando experimentos
Humphry Davy y Michael Faraday, experimentos con diamantes


En 1814, Davy y Faraday quemaron un diamante dentro de un matraz lleno de oxígeno. Como resultado, se generó únicamente dióxido de carbono, lo que volvió a confirmar la composición carbonosa del diamante.

Smithson Tennant
1796

Difícilmente podía dudarse de que estuviera compuesto por los mismos elementos que el carbón vegetal. Por lo tanto, los químicos ya no necesitaban perder tiempo averiguando la composición química del diamante (era carbono, y nada más), sino que podían centrarse en «condensar» el carbono hasta tal punto que su índice de refracción no se distinguiera del medido por Newton.

Los primeros intentos de síntesis (siglo XIX)

Los científicos experimentales aprendieron con éxito a quemar diamantes, pero crear un cristal brillante a partir de carbón resultó mucho más difícil.

El primer intento de obtener un diamante se realizó nueve años después de los experimentos de Davy y Faraday, en 1823, por el científico ruso Vasili Karazin. Utilizó un residuo resinoso de la destilación seca de madera, al que calentó hasta el blanco incandescente. El mineral sólido obtenido lo llamó «pirogón», que significa «nacido del fuego». Lamentablemente, no se han conservado datos que vinculen los cristales de pirogón con los diamantes.

Seis años más tarde, en 1829, los científicos franceses Caignard de la Tour y Jean-Nicolas Gannal realizaron de forma independiente nuevos intentos de crear diamantes. Aunque ambos presentaron los resultados ante la Academia Francesa casi al mismo tiempo, trabajaban de manera separada.

Caignard de la Tour presentó diez tubos con cristales de color marrón, cuya dureza, según afirmó, era superior a la del cuarzo. Sin embargo, tras las pruebas, se descubrió que podían ser rayados fácilmente por diamantes y no reaccionaban ante altas temperaturas. Se concluyó que se trataba de algún tipo de silicatos. El propio de la Tour nunca reveló su método de producción [2].

Gannal, por su parte, fue más precavido y envió sus cristales al famoso tallador de diamantes parisino Champigny, quien concluyó que efectivamente eran diamantes. Sin embargo, la comunidad científica no confirmó las conclusiones del joyero. Además, ni Gannal ni otros investigadores lograron reproducir el proceso, que se basaba exclusivamente en una reacción química entre disulfuro de carbono, agua y fósforo.

Revista «Nature» [Naturaleza], libro 3
1875

Hoy en día, cuando la física y la química han avanzado tanto, no deja de ser interesante preguntarse: ¿por qué aún no se fabrican diamantes artificiales y hasta qué punto ha progresado la ciencia en esta cuestión?

El inicio de los experimentos con alta presión

En el siglo XIX, los científicos se aproximaban a la síntesis del diamante de manera intuitiva. Se basaban en las condiciones ya conocidas en las que el diamante se transforma en grafito, e intentaban revertir el proceso, confiando principalmente en altas temperaturas.

Sin embargo, solo medio siglo más tarde comenzaron a tener en cuenta un parámetro crucial para la síntesis de diamantes: la presión. Se asumía que la temperatura otorgaba movilidad a los átomos de carbono, mientras que una presión elevada favorecía la reorganización de la estructura de la materia, haciéndola más compacta y dura.

En 1878, el escocés James Hannay comenzó a realizar experimentos de síntesis de diamantes en tubos de acero especiales con paredes de 4 cm de espesor. En su interior colocaba aceite de hueso, una mezcla de hidrocarburos y litio metálico. Luego sellaba los tubos y los calentaba en hornos especiales hasta el rojo vivo. Solo 3 de los 80 tubos no explotaron; de esos, el científico logró extraer cristales sólidos y transparentes. En 1880, Hannay afirmó haber obtenido diamantes [3].

Sin embargo, análisis posteriores mediante rayos X demostraron que los diamantes eran naturales. No se pudo determinar con certeza si la falsificación fue obra del propio Hannay o de sus asistentes. Aun así, este experimento fue el primer intento documentado de crear diamantes bajo alta presión y temperatura.

Poco después, los científicos adoptaron un enfoque más seguro en sus experimentos de presión: comenzaron a aprovechar la propiedad de ciertos metales como hierro, plata, bismuto y galio de expandirse al solidificarse, lo cual generaba alta presión dentro de los lingotes.

En 1893, el científico ruso Konstantín Khrushchov realizó experimentos saturando plata fundida con carbono y luego enfriándola rápidamente. En los lingotes resultantes aparecieron cristales duros capaces de rayar corindón — el mineral más duro después del diamante — y que se incendiaban al calentarse. Por estas propiedades, concluyó que se trataba efectivamente de diamantes sintéticos [4].

En la misma época, el científico francés Henri Moissan también llevó a cabo experimentos igualmente interesantes [5].


H. Moissan con su horno de arco eléctrico
Henri Moissan frente a su horno de arco eléctrico


Utilizaba hierro (fundición) mezclado con polvo de carbono, y lo fundía en un crisol de grafito (un recipiente diseñado para la cocción o fusión de materiales) a temperaturas de entre 2.000 y 3.500 °C, en un horno de arco eléctrico.

Cuando, según sus cálculos, el hierro había absorbido suficiente carbono, vertía el metal fundido en agua helada. Este enfriamiento rápido generaba una alta presión dentro del lingote, lo que provocaba la formación de cristales oscuros y duros de menos de 0,7 mm. Al igual que en los experimentos de Khrushchov, estos cristales rayaban el corindón y ardían en oxígeno.

Varios científicos basaban sus intentos de síntesis en la hipótesis de que el diamante se forma en la naturaleza bajo una presión extremadamente alta, muy superior a la que se genera al enfriar metales.

Uno de ellos fue el célebre inventor británico de la turbina de vapor, Charles Parsons, quien llevó a cabo miles de experimentos de síntesis de diamantes, desde 1887 hasta la presentación de un informe detallado en 1918 ante la Royal Society.

Una de las series de experimentos más curiosas consistía en usar una escopeta de caza de calibre 0,9 pulgadas, con la que disparaba hacia un bloque macizo de acero especialmente preparado. El cañón se llenaba previamente con oxígeno y acetileno (con exceso de este último). Al disparar con dos dracmas de pólvora, un émbolo se desplazaba hasta quedar a solo 1/8 de pulgada del final, generando así una presión superior a 15.000 atmósferas.


Dispositivo experimental de Parsons
Dispositivo de Charles Parsons para la síntesis de diamantes



Charles Parsons, extracto de su conferencia ante la Royal Society
25 de abril de 1918

De la capa fundida del tapón terminal se obtuvo un pequeño residuo cristalino, del cual se aisló un único cristal no polarizante, probablemente un diamante, aunque demasiado pequeño como para identificarlo con certeza absoluta.

Debido a la falta de información sobre las propiedades físico-químicas del diamante y del grafito, así como a la ausencia de métodos precisos para distinguir entre diamantes naturales y cristales similares al diamante, los resultados obtenidos por K. Khrushchov, H. Moissan, Ch. Parsons y otros investigadores fueron puestos en duda por la comunidad científica. Muchos expertos consideraban que los cristales obtenidos no eran diamantes, sino carburos — compuestos formados por carbono y metales.

Fundamentos científicos de las condiciones de síntesis (siglo XX)

En 1915, Lawrence Bragg y su padre, William Bragg, fueron galardonados con el Premio Nobel «Por sus servicios en el análisis de la estructura cristalina mediante rayos X» (“For their services in the analysis of crystal structure by means of X-rays”).


Estructuras cristalinas: grafito y diamante
Redes cristalinas del grafito (izquierda) y del diamante (derecha)


La célula unitaria del diamante tiene una estructura cúbica que contiene 18 átomos de carbono. Es precisamente esta estructura cristalina la que determina sus notables propiedades ópticas, físicas y químicas.

En 1938, los investigadores estadounidenses Frederick Rossini y Roy Jessup desarrollaron un método para obtener muestras puras de grafito cristalino, lo que permitió obtener datos experimentales fiables y reproducibles para cálculos posteriores [6].

En 1939, el físico soviético Ovsey Leipunsky, especialista en explosivos y pólvoras, basándose en los trabajos de Rossini y Jessup, fue el primero en el mundo en calcular el diagrama de fases completo del carbono —una representación gráfica de los parámetros bajo los cuales una sustancia se vuelve sólida, líquida, gaseosa o cambia su estructura. En ese diagrama, estableció todas las condiciones necesarias para sintetizar diamantes en el laboratorio: presión de 6 – 7 GPa, temperatura de 1.600 – 1.700 °C, y presencia de un metal disolvente (como hierro, níquel u otros) [7].


Diagrama de fases y reacciones del carbono
Diagrama de fases de Ovsey Leipunsky


Aunque todos los fundamentos teóricos para la síntesis de diamantes ya eran conocidos, resolver este complejo problema técnico en la práctica requirió más de una década de investigaciones intensivas.

Un avance en la tecnología de presiones ultraltas

El desarrollo de la tecnología para crear dispositivos de alta presión está estrechamente ligado al trabajo del profesor de la Universidad de Harvard, Percy Bridgman, Premio Nobel «Por la invención de un aparato que permite generar presiones extremadamente altas y por los descubrimientos realizados en relación con ello en la física de altas presiones» (“For the invention of an apparatus to produce extremely high pressures, and for the discoveries he made in the field of high-pressure physics”). Bridgman veía la cuestión de la síntesis del diamante como un desafío a su propia inventiva.


Percy Bridgman en su laboratorio
Percy Bridgman (a la derecha) en el laboratorio, 1941


Bridgman y su equipo diseñaron diversos dispositivos de alta presión. En la mayoría de ellos, el material de prueba era comprimido desde cuatro lados por yunques tetraédricos fabricados con un material superduro: carboloy (carburo de tungsteno cementado con cobalto) [8]. Con uno de estos aparatos, el grupo de Bridgman logró sintetizar el mineral granate, incluyendo el piropo de color rojo intenso, conocido como un acompañante natural de los diamantes en las chimeneas kimberlíticas.

En condiciones normales de laboratorio, Bridgman alcanzaba presiones de hasta 45 GPa. En 1941, en uno de sus aparatos, al quemar termita (una mezcla de aluminio con óxidos metálicos), se lograron presiones de hasta 3 GPa y temperaturas de 3.000 °C durante unos segundos. Sin embargo, en ese momento la síntesis de diamantes aún no se logró.

Percy Bridgman
1941

Los intentos por resolver este fascinante problema atrajeron a toda clase de personas: desde científicos brillantes hasta charlatanes y estafadores, todos entregaron su mente y su pasión a esta causa.

Los primeros éxitos en la síntesis (años 1950 – 1960)

El 15 de febrero de 1953, por primera vez en la historia, se obtuvieron diamantes sintéticos en la empresa sueca de generación eléctrica ASEA (Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget), basándose en los estudios de Ovsey Leipunsky. El ingeniero Erik Lundblad y sus asistentes, Anders Eriksson y Gunnar Valin, llevaron a cabo esta operación técnicamente compleja en un aparato cúbico de alta presión.

El procedimiento consistía en introducir en un recipiente de tántalo una mezcla de grafito, carburo de hierro y termita, sellarlo dentro de un bloque y someterlo a altísima presión y temperatura. A 2.500 °C y una presión de 8 – 9 GPa, tras dos minutos de exposición, se obtuvieron entre 20 y 50 cristales de diamante, de tamaños entre 0,1 y 0,5 mm.

Los investigadores suecos no dieron demasiada importancia a los resultados, ya que esperaban obtener diamantes de calidad gemológica y no contaban con suficientes datos para reproducir el proceso. Por ello, no registraron ninguna patente ni publicaron información sobre el experimento. Su prioridad en el descubrimiento solo fue reconocida posteriormente mediante una resolución judicial.

Al mismo tiempo, los científicos de General Electric (GE) en Estados Unidos estaban trabajando activamente en el diseño de su propio aparato de alta presión, calculando los parámetros tecnológicos necesarios para la síntesis de diamantes. Este proyecto se mantuvo en secreto absoluto y recibió el nombre de «Superpresión».


Equipo del proyecto «Superpressure»
Equipo del proyecto «Superpresión» (de izquierda a derecha): Francis Bundy, Herbert Strong, Howard Tracy Hall, Robert Wentorf, Anthony Nerad, James Chaney


En julio de 1953, un equipo de ingenieros químicos de General Electric (GE) — Francis Bundy, Herbert Strong, Robert Wentorf y Howard Tracy Hall — desarrolló el aparato conocido como «Belt» (en inglés, «cinturón»), llamado así porque la zona central donde ocurría la síntesis estaba sostenida por un anillo de carburo de tungsteno reforzado con una correa de acero de alta resistencia. El uso del carburo de tungsteno permitió duplicar prácticamente la presión alcanzada. La figura clave en este proceso fue Tracy Hall, quien ya había intentado sintetizar diamantes por su cuenta antes de unirse al equipo y trajo consigo conocimientos y métodos comprobados.


Principio del diseño de la celda de reacción
Principio de funcionamiento de la célula de reacción del aparato de alta presión «Belt»


El 16 de diciembre de 1954, Hall y su equipo lograron sintetizar diamantes en un recipiente de tántalo, usando una mezcla de grafito y sulfuro de hierro, a una temperatura de 1.600 °C y una presión de 7 GPa. El proceso duró entre uno y tres minutos. El tamaño máximo de los cristales obtenidos fue de 0,8 mm.

Howard Tracy Hall
1954

Mis ojos captaron el brillo centelleante de decenas de diminutos cristales. Mis manos empezaron a temblar, mis rodillas se debilitaron y ya no me sostenían — entendí que los diamantes por fin habían sido creados por el ser humano.


Herb Strong y su asistente James Cheney operando la prensa de diamantes de GE
Herbert Strong con su asistente James Chaney trabajando con la prensa para diamantes desarrollada por el equipo de GE en 1955


Antes de anunciar su éxito al mundo, fue necesario cumplir con los criterios de identificación establecidos por GE para las piedras obtenidas: difracción de rayos X, propiedades físico-químicas, características ópticas y otros parámetros. Por ello, recién en marzo de 1955, General Electric hizo público su descubrimiento y comenzó inmediatamente la producción industrial de diamantes del tipo HPHT (High Pressure, High Temperature).

En 1957, GE informó haber producido 100.000 quilates de polvo de diamante. Sin embargo, en aquel momento, el costo de los diamantes sintéticos era un 24 % superior al de los naturales.


Tracy Hall junto a la prensa tetraédrica
Howard Tracy Hall frente a la prensa tetraédrica, 1960


Al observar los avances de los científicos extranjeros, el gobierno soviético no tenía intención de quedarse atrás en el campo de la síntesis de diamantes. El 20 de marzo de 1959, por orden del Consejo de Ministros de la URSS, se fijó el objetivo de sintetizar e implementar una tecnología de producción de diamantes artificiales a alta presión en un plazo de tres años.

Un año más tarde, se lograron los primeros resultados: diamantes sintéticos fueron obtenidos en el Instituto de Física de Altas Presiones de la Academia de Ciencias de la URSS, por un equipo dirigido por Leonid Vereshchagin, mediante un aparato de alta presión estructuralmente simple y eficaz, del tipo «lenteja» —prototipo del actual aparato tipo toroide [9].


Esquema del aparato de Vereshchagin
Esquema del aparato de Vereshchagin: 1 – calentador cilíndrico de grafito, 2 – contenedor de alta presión tipo «lenteja», 3 – yunque de aleación dura con cavidad, 4 – anillos de soporte de acero


Menos de un año después, en base a los desarrollos del Buró Central de Diseño y Tecnología de Herramientas de Aleaciones Duras y Diamante (más tarde el Instituto de Materiales Súperduros de la Academia de Ciencias de la RSS de Ucrania, en Kiev), se organizó la producción industrial de diamantes, bajo la dirección de Vladímir Bakul.

Al principio, su costo era de 135 rublos por quilate, unas 30 veces más caro que el de los diamantes naturales. Durante los meses siguientes, se trabajó en la mejora de los aparatos, y para 1963 ya se había establecido una producción eficiente y accesible en materiales y costos, con una capacidad de 3 millones de quilates por año, lo cual permitió satisfacer la demanda interna y empezar a exportar [10].


Cámara industrial de alta presión tipo «lenteja» y «toroidal»
Cámara industrial de alta presión para la síntesis de diamantes tipo «lenteja» y «toroide»


En los años siguientes se continuó con el desarrollo y modernización del equipamiento para la producción de diamantes HPHT (High Pressure, High Temperature). El objetivo principal era reducir los costos de producción y aumentar el tamaño de los cristales obtenidos. Las primeras partidas industriales eran, en su mayoría, de calidad técnica, y aún faltaba camino para alcanzar calidad gemológica. El enfoque cambió: ya no bastaba con alcanzar los parámetros ideales, ahora era clave mantenerlos estables durante todo el proceso de crecimiento del diamante.

Desarrollo de tecnologías de síntesis de diamantes HPHT

En la década de 1970, General Electric logró producir las primeras muestras de diamantes de calidad gemológica de hasta un quilate. Sin embargo, su costo de producción era demasiado elevado como para competir con los diamantes naturales.

En 1989, científicos e ingenieros del Instituto de Geología y Mineralogía V.S. Sobolev de la Rama Siberiana de la Academia de Ciencias de Rusia (Novosibirsk) desarrollaron un aparato de alta presión único, conocido como BARS (Aparato sin prensa de «Esfera Segmentada») [11].


Dispositivo BARS
Sistema BARS para el crecimiento de diamantes


El aparato permite generar presiones de hasta 8 GPa y temperaturas de hasta 1.800 °C dentro de una célula de reacción de aproximadamente 2 cm³, manteniendo estos parámetros con gran precisión durante semanas.

Célula de reacción del dispositivo BARS
Esquema de la célula de reacción del aparato BARS


La célula cúbica de reacción es comprimida por seis pistones de aleación dura, ubicados en los vértices de un octaedro, los cuales a su vez son comprimidos por ocho punzones de acero, obtenidos al segmentar una esfera de forma precisa.

A comienzos de los años 1990, el sistema BARS permitió obtener diamantes de hasta 1,5 quilates. Tras ser certificados en centros científicos internacionales de renombre, tanto el aparato como la tecnología recibieron reconocimiento internacional, y en la literatura especializada pasaron a denominarse: equipos BARS, tecnologías BARS y diamantes BARS.

Más adelante, ingenieros de diferentes países desarrollaron modificaciones de este tipo de aparatos. Así surgieron sistemas como el «Toroide» (Rusia), desarrollado originalmente por Leonid Vereshchagin, el «6/8 Kawai» (Japón), y el «Walker» (EE.UU.).


Aparato Kawai
Aparato Kawai: 1 – prensa hidráulica, 2 – depósito de aceite, 3 – anillos de acero que comprimen la primera etapa, 4 – seis punzones de la primera etapa, 5 – ocho pistones de aleación dura de la segunda etapa, que forman un cubo segmentado, 6 – cámara octaédrica de alta presión, 7 – muestra


Aparato Walker
Aparato de alta presión Walker: a – seis punzones de acero (cortados a partir de un cilindro), que conforman la primera etapa del sistema; en su interior se encuentra un conjunto de ocho punzones cúbicos de aleación dura o diamante (segunda etapa), que comprimen una cámara octaédrica de alta presión, b – anillo de acero macizo en el que se inserta la primera etapa, c – esquema de la aplicación de fuerza mediante una prensa hidráulica de 800 toneladas, d – vista general del sistema


A medida que nos acercamos a la actualidad, cabe destacar que muchos fabricantes aún utilizan aparatos tipo «Toroide» y BARS, aunque las tecnologías modernas de síntesis de diamantes de calidad gemológica se están llevando cada vez más a cabo en prensas cúbicas de gran tonelaje, fabricadas principalmente por empresas chinas.

Prensas cúbicas para la producción de diamantes — China Desde mediados de la década de 2010, los fabricantes han comenzado a presentar al público diamantes cultivados en laboratorio de tamaño, color y pureza récord: 10 quilates, 15 quilates, 17 quilates.


Prensas cúbicas para producción de diamantes
Prensas cúbicas para producción de diamantes, China


Desde mediados de la década de 2010, los fabricantes han presentado al público diamantes de laboratorio récord en términos de peso, color y pureza: 10 quilates, 15 quilates, 17 quilates.


Diamante récord de 2015 (30 quilates)
Diamante récord de 2015 (30 quilates), cultivado por la empresa rusa New Diamond Technology


La era de la síntesis de diamantes por CVD

Un caso curioso ocurrió en el invierno de 1942 en Kazán, adonde fue evacuado el Instituto de Química Física de Leningrado junto con su personal. El profesor David Frank-Kamenetsky se lesionó la mano y tuvo que apartarse durante un par de semanas de su trabajo principal, relacionado con el desarrollo de explosivos. Durante ese tiempo, decidió dedicar su atención al tema de la síntesis de diamantes [9].

El científico predijo la posibilidad de producir diamantes a presiones reducidas. Consideraba que realizar el proceso en un medio gaseoso, utilizando semillas de diamante, sería más sencillo. Frank-Kamenetsky prestó especial atención a la cantidad de carbono necesaria para el crecimiento de los cristales y calculó que no debía ser excesiva, ya que en ese caso se formarían estructuras de grafito. Según él, el gas más adecuado para la síntesis era el metano. Aun así, el crecimiento de un diamante sería un proceso bastante lento: para obtener 1 gramo, haría falta aproximadamente un año.

David Frank-Kamenetsky
1942

Los tres factores — temperatura, presión y cantidad de carbono — deben mantenerse en un equilibrio muy preciso. Por eso es totalmente natural que los intentos de cultivar diamantes bajo condiciones escogidas al azar, sin cálculos previos, nunca hayan tenido éxito.

Lamentablemente, la guerra y otras tareas prioritarias en aquella época impidieron continuar con esta investigación. El científico volvió a trabajar en el desarrollo de explosivos, y su manuscrito jamás fue publicado.

En 1956, los científicos soviéticos Boris Spitsyn y Boris Deryagin estudiaron un método para obtener diamantes a presión reducida a partir de un medio gaseoso, utilizando tetrabromometano y tetracloruro de carbono. Estos experimentos revelaron la necesidad de introducir hidrógeno atómico en la zona de cristalización para suprimir la formación de grafito y obtener películas de diamante mono- y policristalinas [12].

Además, se demostró que era posible cultivar cristales de varias decenas de micrones, no solo sobre semillas de diamante, sino también sobre sustratos ajenos. Estos avances definieron en gran medida las principales tendencias en el desarrollo de materiales en películas delgadas de diamante y tipo diamante en atmósferas gaseosas a baja presión [13].

En 1962, William Eversole, de la empresa Union Carbide Corporation (EE.UU.), presentó el primer intento documentado de cultivar diamantes a baja presión mediante el proceso conocido como deposición química en fase de vapor (CVD,chemical vapor deposition), convirtiéndose en el primer ser humano en crear diamantes CVD.



Esquema método CVD
Esquema del proceso de síntesis de diamantes por CVD


Según el patente [14], Eversole utilizaba un gas que contenía carbono (como metano, tetracloruro de carbono o monóxido de carbono) y lo calentaba, en promedio, a 1.000 °C bajo presión reducida, en presencia de cristales semilla de diamante. El proceso tenía que detenerse periódicamente para eliminar el grafito acumulado sobre el cristal en crecimiento.

Aunque el experimento arrojó resultados positivos, mostró una velocidad de crecimiento extremadamente baja, de aproximadamente 0,01 μm por hora. Por ello, en ese momento, la producción industrial de estos diamantes no era ni técnica ni económicamente viable, y el desarrollo fue postergado durante varias décadas.

No fue sino hasta principios de los años 90 cuando químicos japoneses iniciaron un programa intensivo para estudiar el papel del hidrógeno atómico en la síntesis de diamantes por deposición química en fase de vapor (CVD). Mutsukazu Kamo, Seiichiro Matsumoto y Yoichiro Sato lograron aumentar la velocidad de crecimiento a varios micrómetros por hora, superando así los resultados de Eversole [15]. Así, a comienzos de los años 2000 comenzó la era de la producción de diamantes CVD.


Sistema de síntesis de diamantes por CVD
Instalación para la síntesis de diamantes por CVD


En 2003, la empresa Apollo Diamond logró sintetizar diamantes CVD de calidad gemológica condicional. El Instituto Gemológico de América (GIA) evaluó las primeras muestras — pequeños cristales marrón claro, pero no pudo asignarles una clasificación oficial.

Cuatro años más tarde, la misma empresa presentó al GIA diamantes redondos tallados de hasta 0,62 quilates, con color hasta E y pureza hasta VVS1, así como diamantes de fantasía en tonalidades rosado-marrón (Fancy brown-pink), naranja-marrón (Fancy orange-brown) y marrón oscuro anaranjado (Fancy Dark orangy brown).

Así, aunque con un leve retraso, el método CVD irrumpió activamente en el mercado de los diamantes sintéticos. Hoy en día, más de un tercio de todos los diamantes de calidad gemológica se producen mediante CVD, y en su mayoría son cristales de gran tamaño, de más de 4 quilates en bruto.


Diamantes CVD
Diamantes CVD con revestimiento policristalino. Durante el proceso de crecimiento, alrededor del cristal se forma un revestimiento de diamante policristalino, también conocido como corteza externa, que se elimina posteriormente durante el tallado.


Revolución en la síntesis: diamantes en fracciones de segundo

En 2022, científicos rusos publicaron una patente titulada «Método de síntesis detonante de diamante policristalino» [16]. La esencia de este método consiste en la obtención de polvo de nano-diamantes ultrafinos mediante la detonación controlada de explosivos.

Polvo de diamante, microscopía electrónica de nanodiamantes
Polvo de diamante (izquierda), imagen por microscopía electrónica de nano-diamantes (derecha)


Por primera vez en Rusia, este tipo de síntesis fue realizado en 1963 en el VNIITF, bajo la dirección del académico Evgueni Zababajin, aunque el método fue clasificado como secreto durante muchos años.

En ese entonces, los nano-diamantes ultrafinos no encontraron una aplicación práctica amplia debido a varios factores:

  • el proceso de purificación de impurezas y subproductos de la explosión era complejo y costoso;
  • el material resultante era heterogéneo y difícil de controlar en cuanto a tamaño de partícula;
  • y no se comprendían plenamente sus propiedades únicas.

Con la llegada de la era de las nanoestructuras, el ámbito de aplicación del polvo de diamante se expandió notablemente: desde pastas de pulido y lubricantes industriales hasta fármacos y computación cuántica. Como resultado, el interés por la producción de nano-diamantes está creciendo de forma exponencial.

Conclusión

Dra. Yumiko Takeuchi
Laboratorio Nacional de Brookhaven, EE.UU. Especialista en espectroscopía de rayos X

Apenas estamos comenzando a comprender todo el potencial que encierran los diamantes. Las investigaciones futuras nos permitirán descubrir aún más secretos de este asombroso material y aprovecharlos para resolver importantes desafíos científicos y tecnológicos.

La evolución de las tecnologías de síntesis no se ha detenido, al igual que sigue creciendo el número de aplicaciones de los diamantes sintéticos: además del mercado joyero, abarcan la industria, la electrónica, la medicina, la óptica, la construcción, entre muchos otros sectores. La síntesis de diamantes atraviesa hoy un período de rápido desarrollo. Solo China produce actualmente alrededor de 10.000 millones de quilates por año.

El futuro de este campo estará marcado tanto por investigaciones fundamentales, como por las necesidades prácticas de las industrias modernas. El desarrollo exitoso del mercado global de diamantes sintéticos exigirá la colaboración estrecha entre científicos, ingenieros, fabricantes y entidades reguladoras.

Referencias

1. Tennant, S. (1797). On the Nature of the Diamond [Sobre la naturaleza del diamante]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London — Transacciones filosóficas de la Royal society de Londres, tomo 87, pp. 123 – 127.

2. Cagniard de la Tour, Ch. (1851). Étude des effets que l’action de la chaleur peut produire sur les bois, suivant leur espèce, leur âge et leur état hygrométrique, lorsque ces corps sont contenus dans des tubes de verre fermés des deux bouts [Estudio de los efectos que la acción del calor puede producir en las maderas, según su especie, edad y estado higrométrico, cuando estos cuerpos están contenidos en tubos de vidrio cerrados por ambos extremos]. Comptes Rendus Hebdomadaires des Séances de l'Académie des Sciences — Informes semanales de las sesiones de la Academia de ciencias (de París), tomo 32, pp. 295 – 296.

3. Hannay, J. B. (1880). On the Artificial Formation of the Diamond [Sobre la formación artificial del diamante]. Proceedings of the Royal Society of London — Actas de la Royal society of London, tomo 30, pp. 450 – 461.

4. Khrushchov, K. D. (1893). Polucheniye oskolkov almaza pri bystrom okhlazhdenii rasplavlennogo serebra, soderzhashchego 6 % ugleroda [Obtención de fragmentos de diamante mediante el enfriamiento rápido de plata fundida que contiene un 6 % de carbono]. Protokoly Zhurnala Russkogo fiziko-khimicheskogo obshchestva — Protocolos de la revista de la Sociedad fisicoquímica Rusa, tomo 25, fasc. 3.

5. Moissan, H. (1894). Nouvelles expériences sur la reproduction du diamant [Nuevos experimentos sobre la reproducción de diamantes]. Comptes Rendus de l'Académie des Sciences — Informes de la Academia de сiencias de París, tomo 118, pp. 320 – 326.

6. Rossini, F. G., y Jessup, R. S. (1938). Heat and Free Energy of Formation of Carbon Dioxide and of the Transition Between Graphite and Diamond [Calor y energía libre de formación del dióxido de carbono y de la transición entre grafito y diamante]. Journal of Research of the National Bureau of Standards — Revista de investigación de la Oficina Nacional de normas, tomo 21, núm. 4, pp. 491 – 513.

7. Leipunskii, O. I. (1939). Ob iskusstvennykh almazakh [Sobre los diamantes artificiales]. Uspekhi khimii — Revista Progresos de la química, tomo 8, fasc. 10, pp. 1519 – 1534.

8 . Bridgman, P. W. (1948). Noveishie raboty v oblasti vysokikh davlenii [Los trabajos más recientes en el campo de altas presiones] (L. F. Vereshchagin, ed.; A. I. Likhter, trad.). Moscú: Casa editorial e imprenta de la Editorial estatal de literatura extranjera. 300 págs.

9. Vereshchagin, L. V. (1981). Tverdoe telo pri vysokikh davleniyakh: Izbrannye trudy [El sólido bajo altas presiones: Obras selectas]. Moscú: Nauka. 286 págs.

10. Rich, V. I., y Chernenko, M. B. (1976). Neokonchennaya istoriya iskusstvennykh almazov [La historia inconclusa de los diamantes artificiales]. Moscú: Nauka. 135 págs.

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