Een juweel van een chip
Deze column is verschenen in het maartnummer van Eos-magazine.
Iedereen kent Antwerpen als het internationale knooppunt van de diamanthandel. Maar wist je dat er in Limburg diamant geproduceerd wordt? Het wordt niet gedolven in een mijn, maar bovengronds gesynthetiseerd in het Wetenschapspark in Diepenbeek. In het Instituut voor Materiaalkunde van de Universiteit Hasselt staan plasmareactoren om diamanten te maken. De universiteit organiseert er een internationaal congres over, met honderden deelnemers. Dit jaar zijn ze toe aan de 23ste editie van de “Hasselt Diamond Workshop” SBDD.
Diamanten spreken tot de collectieve verbeelding. Dat mensen deze edelste aller stenen blijkbaar ook zelf kunnen maken, draagt daar alleen maar toe bij. Maar wat zou een goede naam voor het Limburgse diamant kunnen zijn? Het woord ‘kunstmatig’ roept associaties op met vervalsing. ‘Synthetisch’ klinkt dan weer alsof het om plastic replica’s zou gaan. En rond de term ‘huisgemaakt’ hangt de geur van koekjes en die is moeilijk verzoenbaar met een reactorkamer. Aangezien ze in Diepenbeek diamant maken met chemische dampdepositie – in het Engels ‘chemical vapour deposition’ – verkiezen de onderzoekers de term ‘CVD-diamant’.
Tijdens mijn doctoraat aan het instituut werkte ik mee aan een open dag. We legden uit dat je diamant veel gemakkelijker kan maken dan goud. Goud is namelijk een atoomsoort: als je dat uit een ander materiaal wil fabriceren – veel alchemisten deden tevergeefse pogingen met lood – dan heb je kernfusie nodig. Diamant is daarentegen louter een bijzondere ordening van een courant element: koolstof. De kunst bestaat er enkel in om koolstofatomen in de structuur van een diamantrooster te krijgen. Daarvoor bestaat een fysische en een chemische methode. De fysische methode bootst de geologische omstandigheden na waarin diamant ontstaat: bij hoge druk en hoge temperatuur. Door de parameters slim te kiezen, verloopt het proces in het laboratorium veel sneller dan in de aarde zelf. (Meer details lees je hier.)
Bij chemische dampdepositie wordt een diamantrooster laag per laag verder opgebouwd. Om te starten kan je een bestaande diamant gebruiken, al lukt het ook met silicium, dat een soortgelijke roosterstructuur vertoont. In de reactor wordt koolstofhoudend gas met microgolven bestraald, waardoor er een plasma ontstaat. Door de parameters precies in te stellen, zullen vrije koolstofradicalen uit het plasma zich aan het oppervlak van het rooster hechten. Zo ontstaat een film, die geleidelijk dikker wordt.
Dampdepositie wordt gebruikt om slijpschijven en chirurgisch materiaal met een diamantlaag te coaten. Door zijn extreme hardheid is diamant daarvoor uitstekend geschikt. In Diepenbeek loopt vooral onderzoek naar de hoogtechnologische toepassingen van diamant. Daarbij wordt er aan het koolstofplasma een extra element toegevoegd, waardoor het materiaal halfgeleidend wordt. Dat extra element is veelal boor of fosfor. Zo kan het koolstofplasma dienen voor chips, sensoren en kwantumcomputers.
Onze bezoekers tijdens de open dagen waren vooral benieuwd of de installatie ook edelstenen kon maken, en wat dat dan wel zou kosten. Als je er de reactor en het technisch personeel voor hebt, is de productiekost relatief laag. Wel moet je CVD-diamant nog laten slijpen bij de specialisten in Antwerpen. Daardoor blijft de rekening stevig gepeperd.
Hoeveel de resulterende diamant dan uiteindelijk waard is, hangt af slechts voor een fractie af van de feitelijke productiekost. De subjectieve waarde die we eraan hechten weegt zwaarder door op de prijs. Een natuurlijke diamant is minstens een miljard jaar geleden in de aardmantel ontstaan, terwijl een kunstdiamant een maand geleden gesynthetiseerd kan zijn. Aan de eerste zullen de meeste mensen intuïtief een grotere waarde hechten.
Sommige bedrijven die kunstdiamant verkopen, benadrukken dat hun product fysisch identiek is met, of zelfs een perfecter rooster oplevert dan een gedolven edelsteen. Bovendien kunnen klanten eigenschappen zoals kleur en grootte uit een ruimer aanbod kiezen. Het syntheseproduct dat zij aanbieden is à la carte. Voor andere bedrijven is het productieproces een cruciaal onderdeel van de waarde van hun kunstdiamant: zij bieden aan om het koolstof uit de assen van een overledene tot een diamantje te persen. Hiervoor gebruiken ze de fysische methode met hoge druk en hoge temperatuur, die kleine diamanten van zeer hoge kwaliteit oplevert.
Maar ook daar rijzen spontaan vragen over de authenticiteit. Hoe kan je weten of het diamantje dat je krijgt écht koolstof bevat van het lichaam van de persoon die je wil herdenken? Aan de andere kant weet je van een natuurlijke diamant ook niet altijd in welke omstandigheden hij verkregen is. Hoeveel bloed hangt aan de ontginning ervan? Mijn advies: investeer niet in diamanten sieraden, maar wacht tot je een smartphone, tablet of pc met een labdiamanten chip kan kopen. Daarop kan je écht rekenen.
De bekendste inslagkrater van een meteoriet op aarde bevindt zich in een woestijn in Arizona: 
(3) Als het diamanten regent… We dwalen door het zonnestelsel en wenden onze blik naar de zevende en achtste planeet in ons zonnestelsel: Neptunus en Uranus. In oktober 1999 werd er geopperd dat het op deze gasreuzen 
Naar aanleiding van 
We waren een protocol aan het ontwikkelen om DNA aan diamant te koppelen (lees ook 
Zestig jaar geleden schreef 
(1) Diamantsmokkel: 
(2) Diamant recupereren na crematie: 
(3) Zirkonia: 
(4) Toepassing van diamant in satellieten en lasers: 
De winnaars van de Nobelprijzen 2012 worden 
of aardgas dus) gebruikt als koolstofbron. Met behulp van microgolven wordt het gas omgezet in een plasma, waarbij de elektronen en de atoomkernen vrij voorkomen. In het plasma wordt er een plaatje silicium gelegd. Silicium heeft namelijk dezelfde kristalstructuur als diamant, met een vergelijkbare roosterconstante. Het intuïtieve idee is dat de koolstofatomen uit het plasma het rooster ‘verder bouwen’ en dat er zo een diamantfilm groeit op het siliciumoppervlak. Dit zou op de volgende manier kunnen gebeuren, waarbij het koolstof in de vorm van 
-radicalen op het oppervlak landt:
) toe aan het gasmengels. De vrije waterstofkernen uit het plasma zullen vooral het gevormde grafiet wegetsen en in mindere mate het diamant. (Zie