به گزارش اطلاعات آنلاین، الماس همانند گرافیت شکل خاصی از کربن است. ساختار بلوری مکعبی شکل و پیوندهای شیمیایی بسیار قوی آن سبب می شوند سختی منحصر به فردی داشته باشد.

نانوالماس یا نانوذرات الماس نیز به الماسی در اندازه کمتر از ۱ میکرومتر گفته می شود که در اثر رویدادهایی مثل انفجار یا برخورد شهاب سنگ ها به وجود می آید. از آنجا که نانوالماس ترکیبی است ارزان قیمت، قابل بهره برداری در مقیاس وسیع و سازگار با محیط زیست، به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته تا به عنوان ماده ای که می تواند کاربردهای زیستی، الکترونیکی و مکانیکی بی شماری را پوشش دهد و نیز در مهندسی کوانتوم به کار رود.

 در ساختار نانوذرات الماس همواره سه جنبه مد نظر قرار دارند: شکل کلی، هسته و سطح. آزمایش های انکساری نشان داده اند که نانوالماس ها یا کروی هستند یا بیضی. هسته آنها به طور عمده متشکل از کربن است اما علی رغم تشابه زیادی که هسته شان به ساختار الماس دارد، سطح بیرونی آنها شبیه به ساختار گرافیت است.

نانوالماس ها خواص گرمایی، نوری و مکانیکی بی نظیری دارند و مهم تر این که غیر سمی هستند. به همین دلیل در حوزه های مختلف از آنها استفاده های متنوعی می شود. از جمله کاربردهای آنها می توان به تسهیل واکنش های شیمیایی، حفظ سلامت پوست، انجام اعمال جراحی، انجام تست خون، رایانش نوری، رایانش کوانتومی و بالاخره در الکترونیک و ساخت حسگرها اشاره کرد.

از ساخت حسگرها تا دارورسانی به بدن

الماس در مقیاس نانو تا ۱۰۰ گیگاپاسکال قابلیت انبساط و کشش دارد. به همین دلیل از نانوالماس ها، حسگرهایی نانومکانیکی و سیستم های نانوالکترومکانیکی ساخته می شوند. همچنین می توانند در ساخت حسگرهای حرارتی به کار برده شوند، چرا که الماس ماده ای با بیشترین رسانایی گرمایی است. همین ویژگی کافی است تا کاربردهای گسترده ای در علم و فناوری داشته باشد. از این رو تیمی بین المللی از دانشمندان «دانشگاه اوساکا» در ژاپن، «دانشگاه کوئینزلند» در استرالیا و «دانشگاه ملی سنگاپور»، نانوالماس ها را با پلیمری که از خود گرما ساطع می کند پوشاندند تا خواص گرمایی سلول های زیستی را مورد مطالعه قرار دهند.

بدین ترتیب نانوالماس ها در نقش نوعی حسگر حرارتی عمل کردند. راهکار پژوهشگران شامل ساخت دانه های الماس بسیار کوچک و پوشاندن آنها با نوعی پلیمر به نام پُلی دوپامین بود. ویژگی پلی دوپامین این است که به هنگام تابیده شدن لیزر به آن، هم نور فلورسنت و هم گرما از خود منتشر می کند. به طور قطع، خواص نور منتشر شده بستگی به درجه دمای آنها دارد. در نتیجه، پژوهشگران توانستند میزان جریان گرما از این نانوحسگرهای الماسی به محیط پیرامون را محاسبه کنند. آزمایش ها نشان دادند که این نانوذرات الماس غیر سمی هستند و می توانند در سلول های زنده مورد استفاده قرار گیرند.

این دستاورد علاوه بر این که به بهبود شیوه های درمانی حرارت محور برای معالجه سرطان کمک می کند، کاربردهای مؤثر دیگری نیز خواهد داشت که در شناخت بهتر اختلالات متابولیک از جمله چاقی نقش مهمی ایفا می کنند.

در کاربردهای بیولوژیکی، نانوذرات الماس به دلیل این که بدون نیروی جنبشی هستند و سختی زیادی دارند می توانند جایگزین بهتری برای نانوموادی باشند که در حال حاضر برای رساندن دارو به نقطه معینی از بدن، روکش کردن ایمپلنت ها، ساخت حسگرهای زیستی و روبات های زیست پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.  

الماس علاوه بر رسانایی گرمایی، خواص نیمه رسانایی الکتریکی قابل توجهی دارد. برخی از الماس های آبی رنگ به طور طبیعی نیمه رسانا هستند؛ برخلاف بیشتر الماس ها که عایق های الکتریکی فوق العاده ای به شمار می آیند. رسانایی و رنگ آبی ناشی از وجود عنصر شیمیایی بور است که سبب بروز ناخالصی در الماس شده است.

تأمین کننده انرژی

 الماس مهم ترین خواص را برای تأمین انرژی دستگاه های الکترونی دارا است. برای مثال، شکست الکتریکی آن ۵۰ برابر بیشتر از نیمه رساناهای رایج است. این ماده بی نظیر به ویژه زمانی بیشتر مرکز توجه قرار گرفت که فرایند «انباشت به روش تبخیر شیمیایی»(CVD)  ابداع شد و برای رشد تک بلورهایی با کیفیت مرغوب به کار برده می شود.

الماس های مصنوعی که با این روش ساخته می شوند از همتایان طبیعی خود کیفیت بهتری دارند. به همین خاطر، دانشمندان «آزمایشگاه ملی لارنس لیوِرمور» در ایالات متحده برای تأمین بهتر برق مورد نیاز شبکه الکتریکی، لوکوموتیوها و حتی خودروهای برقی به الماس روی آورده اند؛ چرا که الماس یک نیمه رسانا با شکاف انرژی بسیار گسترده است.

در وسایلی که با جذب نور رساناتر می شوند، ترکیب خاصیت رسانایی با پاسخ فرکانسی (frequency response) به بهترین وجه ممکن زمانی حاصل می شود که به ماده نیمه رسانا ناخالصی افزوده شود. ناخالصی ها طول عمر بازترکیب حامل را کنترل می کنند. در مورد الماس، راه حل آسان و کم هزینه برای این راهکار تابش الکترون است که سبب می شود اتم ها از مدار خود خارج شوند و در نتیجه نقص های بازترکیبی پدید آیند. الماس های تقویت شده با نور لیزر می توانند برای کنترل جریان و ولتاژ الکتریکی در شبکه برق به کار برده شوند.

الماس جایگزین سیلیکون

سیلیکون نیز مانند الماس یک نیمه رسانا است. دهه ها است که سیلیکون در دنیای الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرد، چرا که ماده رایجی محسوب می شود، فرآوری آن آسان است و خواص الکتریکی مفیدی دارد. اما یکی از محدودیت های سیلیکون این است که دمای بالا به آن صدمه می زند و این سرعت عملکرد لوازم الکتریکی که مبتنی بر سیلیکون هستند را کاهش می دهد. در عوض الماس تک بلوری جایگزین خوبی برای آن است. پژوهشگران ژاپنی یک برش نازک (ویفر) تک بلوری الماس را در مقیاس اتمی صیقل دادند تا بدین ترتیب، الماس بتواند جایگزین دست کم برخی از اجزای سیلیکونی در وسایل برقی شود.

الماس به عنوان سخت ترین ماده شناخته شده در طبیعت با هیچ ماده شیمیایی وارد واکنش نمی شود. اگر قرار بود آن را با ابزاری سخت صیقل دهند، سطح آن آسیب می دید. بنابراین با کمک پلاسما الماس تک بلوری را صیقل دادند. پلاسما اتم های کربن موجود در سطح الماس را فعال می کند، بدون این که به ساختار بلوری آن آسیب وارد کند.