Hücre tabanlı elmaslar

İlke

Elmas hücre altlığının süreci basit bir ilkeye dayanır ; 
F= uygulanan kuvvet 
P= basınç 
A= alan 
Böylelikle, numunenin geniş bir alanına uygulanan büyük bir kuvvet yerine numunenin küçük bir alanına uygulanan hafif bir kuvvetin ile yüksek basınç uygulanabilmesi başarılmıştır.  
Deformasyonu için ve kuvvet uygulayan altlığın bozulmasını en aza çekmek için, onlar çok sert ve adeta sıkıştırılamaz maddelerden mesela elmastan oluşmalıdırlar.

Tarihçe

Ekstrem koşullar da, yüksek derece de ve yüksek basınç da yapılan materyal çalışmaları bu koşullara ulaşmak ve maddelerin davranışlarını ekstrem ortamlarda iken derinlemesine incelemek için geniş bir tekniksel sıralama kullanılır. 
Percy Williams Bridgman 20. yüzyılın ilk yarısındaki, yüksek basınç araştırmalarının büyük bir öncüsüdür. 20. Yüzyıl manivela kolu ile diğerine baskılanmış ve küçük düz alanlı bir yüzeyin yüksek basınç alanı ile onun geliştirdiği karşılıklı elmas tabanlarının oluşturduğu bütünün devrim yarattığı bir zamandı.
 Bu tabanlar volfram karbürdern oluşurdu (WC). Bu cihaz, çok küçük basınçlarda bile çalışıyor ve elektriksel dirençte sıkıştırılabilir ölçümlerde kullanıldı. Elmas tabanlı hücreler birdgman tabanlarına benzerlik gösterir. Ama, tabanlar kırılmadan mümkün mertebe yüksek basınçta sonuç alabilmek için, onlar en sert materyal olarak bilinen; kristal elmaslardan oluşuyordu.  
İlk prototip basınç çeşitliliği açısından sınırlı idi ve basıncı kalibre etmek için güvenilir bir yol yoktu. Bridgman tabanlarından sonra gelen elmas tabanlı yapılar çok yönlü basınç üretebilen cihazlar oldu. 
Bu cihazlar tek bir özelliğe sahipti. Bu özellik ise diğer basınç cihazlarından ayrı olarak oluşturulmuştu. Bu, ilk yüksek basınç ile ilgili çalışan öncülere yüksek basınç esnasın da, bir materyalin özelliklerinin direkt olarak etkili bir şekilde gözlenebilmesine olanak sağladı. Sadece bir mikroskop, evre sınırları, renk değişimleri ve yeniden kristallendirme kullanımı, x-ray kırınımlarına veya spektroskopik ölçümleri ve sonradan ortaya çıkan analizler olmaksızın, hemen görülebilmesini sağladı. 
Alvin Van Valkenburg IR spektroskopiler hazırlarken ve elmas yüzeylerinin  dizilimlerini kontrol ederken, elmas tabanlı hücreleri keşfetti. 
Elmas hücresi Charles E. Weir, Ellis R. Lippincott ve Elmer N. Bunting tarafından Ulusal standartlar bürosu (NBS) de oluşturuldu. Grup içindeki her bir üye elmas hücrelerinin farklı uygulamalarına odaklandı. Van gözlem yapmaya, Charles XRD üzerinde, Ellis IR spektroskopisi üzerine odaklanmıştı. İşbirliği William A. Bassett and Taro Takahashi (Rochester Üniversitesi)gibi üniversite araştırmacıları ile başlamadan önce grup her birinin tekniklerine göre inşa edildi. 
Elmas tabbanlı hücrelerin kullanıldığı deneyler sırasında, örnek tabanı düz, baskılanmış elmas yüzeylerinin arasına konuldu. Elmas yüzeyleri birbirine çok yakın bir şekilde bastırıldığı için, numune baskılanmış ve merkezinden dışarı doğru preslenmiş oluyordu. 

Bileşenleri

Birçok farklı DAC tasarımları var ama bunların hepsi 4 ana bileşende oluşuyor.
Kuvvet üreten cihazlar
Kullanımı için ya bir kaldıraç koluna, sıkma vidaya, pnömatik ya da hidrolik basıncına dayalı olarak kullanılır.
Tüm durumlarda, kuvvet, tek eksenli ve iki altlık masaları temel alınarak uygulanır.
Birbirine Zıt Tabanlı Elmaslar
Çok değerli niteliğe sahip taşlar, genellikle 16 yüzü bulunan kusursuz yüzlerden oluşur. Bunlar genellikle 1/3 karata 1/8 (25–70 mg)  Uç tabloya bir hekzadekanol  bir yüzeye paralel bir zeminleri vardır ve cilalıdır. İki elmas ucunun birbirlerine bakan ve basıncı homojen üretmek için ve tehlikeli basıncı engellemek için birbirlerine paralel olması gerekir. Özel olarak seçilen belirli tabanlar için gerekli ölçümler, örneğin düşük elmas emme lüminesans karşılık gelen deneyler de gereklidir.

Kullanım

Elmas tabanlı hücrelerin icadından önce, statik yüksek basınçlı aparatının birkaç ton ağırlığında ve büyük özel laboratuvarlarda gerekli büyük hidrolik presler eşliğinde olması gerekliydi. DAC’ın sadeliği ve küçüklüğü çok geniş çeşitli deneylerde yerleştirelebilir oluşu anlamına geliyordu. Bazı çağdaş DAC’lar düşük sıcaklıklı ölçümler için kolayca bir kaba sığabilir ve süper iletken elektromıknatısların kullanımı için. Sert olmasının yanı sıra, elmaslar ultraviyole ve hafif X ışınlarının dışında ışınların gamma kızıl ötesi elektromanyetik spektrumun geniş, şeffaf olması avantajına sahipti. Bu DAC’ı spektroskopik deneyler için sert X-ışınları kullanılarak kristalografik çalışmalar için mükemmel bir cihaz yapar.  
Elmas tabanın bir varyantı, hidrotermal elmas tabanlı hücresi (HDAC), sulu sıvılarla, silikat eriyiklerinin, karışmayan sıvı, jeolojik basınçlarda ve ısılarda, mineral çözünürlük ve sulu sıvı türleşmenin çalışma için deney petrology / jeokimyadaki kullanılır. Çözelti içinde HDAC zaman sinkrotron ışık kaynağı teknikleri XANES ve EXAFS kullanılarak çözelti içinde, sulu kompleksleri incelemek için kullanılan HDAC’ın tasarımı DAC’a çok benzer olan, fakat sıvıları çalışmak için optimize edilmiştir.  
Yenilikçi kullanımları 
Elmas tabanlı hücrelerin yenilikçi kullanımı, yüksek basınç altında sürdürülebilirlik ve yaşam dayanıklılık test eder. Bu yenilikçi kullanımı gezegenlerin yaşam arayışında kullanılabilir. DAC gezegenlerin hayat test için geçerlidir nedenlerinden biri panspermia, yıldızlararası yolculuk şeklidir. Panspermia oluştuğunda, orada etkisi üzerine yüksek basınç ve DAC, bu baskıyı çoğaltabilirsiniz. DAC gezegenlerin hayat test için geçerlidir diğer bir nedeni yaşam için potansiyele sahip gezegen organları kendi yüzeyinde inanılmaz yüksek basınca sahip olmasıdır.
Anurag Sharma, Washington Carnegie Enstitüsü'nde bir jeokimyacı James Scott, bir mikrobiyolog, ve diğerleri bu yenilikçi uygulamayı kullanarak DAC ile bir deney gerçekleştirdi. Amaçları mikropları test etmek ve onlar hayat işlemlerini yapabilir basınç altında hangi düzeyde keşfetmek oldu. Deney 16.000 'den fazla kez Dünya'nın yüzeyinin basıncının 1.6 GPa, altında gerçekleştirildi (Dünya'nın yüzey basıncı 985 hPa). Deney,  bir film bakteri, özellikle Escherichia coli ve Shewanella oneidensis bir çözeltisinin yerleştirilmesi ve DAC’i yerleştirerek başladı. Daha sonra, basınç 1.6 GPa yükseltildi. Bu basınç yükseltildi ve 30 saat boyunca devam etti, bakterilerin sadece yaklaşık % 1 hayatta kaldı ve deneyci daha sonra çözeltiye bir boya ilave etti. Hücreler özellikle format yıkarak, sıkma atlattı ve yaşam süreçlerini yürütebilecek olsaydı, boya 1.6 GPa deney sırasında DAC buz-IV, bir oda sıcaklığı buz çözümü çıktı ki böyle büyük basınçtır. Bakterilerin buz formatı bozuldu ve zaman sıvı cepleri nedeniyle kimyasal reaksiyon oluşturur olacaktı. Bakteriler de onların kuyrukları ile DAC yüzeyine yapışmak başardı
Ancak, bu deneyde bazı şüpheler vardır. İnsanlar format kırmayı basit sürecini yürüten yaşayan bakteriler dikkate yeterli olup olmadığını tartışıyorlar. Art Yayanos, La Jolla, California da bulunan Oceanography deki Scripps Enstitutüsü bir okyanus-grafikçisi bir organizma yeniden üretlibiliyorsa, o organizma yaşayan bir canlı olarak düşünülmelidir görüşüne inanıyor.DAC deneyindeki diğer bir konu ise yüksek basınçlar meydana geldiğinde, orada genellik mevcut yüksek sıcaklıklar meydana gelir. Ama bu deneyde yoktu. Bu deney oda sıcaklığında gerçekleştirildi ki bazı sonuçların şüphelere neden olduğu sıcaklıktı.
Şüpheciliğin geçen on yılı boyunca, bağımsız araştırma gruplarından alınan yeni sonuçlar Sharma ve ark gerçekliğini göstermiştir(2002).  Bu önemli bir adımdır ki çevresel aşırıcı çalışmalarının eski sorunlara deneyler boyunca getirdiği yeni bir yaklaşımdır. Neredeyse 600MPa basınca(son 10 yılda gösterilen veya dağınık yayınlar boyunca geçerliliği olan ) kadar hayatta kalan  mikrobiyal yaşımın olup olmadığına dair hiçbir tartışma yoktur. Sharma ve ark yaklaşımın önemi nedir ? 2002 iş  bu yana teknik ulaşılmaz kalmıştır  uç koşullarda sistemlerini izlemek için zarif bir yetenektir. Bu deneysel yaklaşımın zarafeti ve sağlamlaştırıcılığı akıllara durgunluk veren bir şeydi- Birçok fiziksel modelle birlikte beklenen sonuçlar yerine-. Bu yeni yaklaşım, sadece bilimsel bir öncül sağlayarak değil, aynı zamanda uygun olmayan ortam biyoloji ve organik sistemlerde gelecekte yapılacak çalışmalar için teknik fizibilitesini döşeme değil uygun olmayan ortam koşullarında mikrobiyoloji gelecekte yapılacak çalışmalar için bir temel atıyor. 
Tekli kristal X-ışını kırınımı
Elmas tabanlı hücrelerin deneylerindeki tek iyi kristal kırınım dikey eksende döndürmek için(omega) örnek aşaması gerektirir . Çoğu elmas tabanlı hücre, hücrelerin yüksek açılarla döndürülmesine izin verecek bir büyük açılış özelliği yoktur, bir 60 derece açılması çoğu zaman kristaller için yeterli kabul edilir fakat daha büyük açılar da mümkündür. Rochester Üniversitesinden mezun olan bir öğrenci (Leo Merrill) tarafından tekli kristal deneylerinde ilk kez kullanıması için dizayn edildi. Hücre berilliyum yuvaları( ki onlara elmaslar oturturuldu) ile  Hücrede her şeyi tutan vidalar ve kılavuz pimleri ile basınç altında tutuldu.
Yüksek Sıcaklık Teknikleri
Elmas tabanlı hücrelerde ısıtma  tipik olarak iki vasıtasıyla, yani harici veya dahili ısıtma ile yapılır. Harici ısı tabanların ısıtılması olarak tanımlanır ve elmas çevresinde ya da hücre gövdesinin etrafına yerleştirilir ve bu dirençli ısıtıcı bir dizi içerir. Ttamamlayıcı yöntem contaları sıcaklığını değiştirmek ve örnek odası ve lazer ısıtma içine yerleştirilen ince dirençli ısıtıcıları içermez. Isıtma dirençlerin asıl avantajı olan termokuplelerle sıcaklığının kesin bir ölçüm olduğunu, ancak sıcaklık aralığı 700 °C 'de hava içinde oksit olacağını bilmek gerekir. Elmas özellikleri ile sınırlıdır, 1000 °C  de bir atıl atmosfer kullanımı üzerinde bu aralığını genişletebilir. Lazer ile örnek ısıtma 5000 °C'nin üzerinde sıcaklığa ulaşması, ancak bir lazer ısıtma sistemi kullanılırken ölçülebilir. (minimum sıcaklık ~ 1200 °C) ve ölçüm çok daha az hassas olabilir. Sistemler ikisinin kombinasyonu ile 6000K ötesinde oda sıcaklığı ile incelenebilir, böylece dirençli ısıtma gelişmeler iki teknik arasındaki boşluğa dayanır.
Elmas Tabanlı Hücrelere Gaz Dolumu 
İlke
Herhangi bir yüksek basınç deneylerinde basın iletim görseli önemli bir bileşendir. Görsel örnek 'bölme' içinde boşluğu doldurur ve basınç örnek üzerine görsele iletililmesi geçerlidir. Iyi bir yüksek basınçlı deneyde, ortam, numune üzerindeki basıncın homojen bir dağılımının muhafaza edilmesi gerekmektedir. Diğer bir deyişle, görsel numunenin sıkıştırılabilirliğinin sabit korumak için hidrostatik de kalması şartdır. Ortam  ileten bir basınç görseli onun hidrostatiğini kabederse bir kez, basıncın artması ile artan ortamlarda basınç da artar. Bu değişim ölçüsü örneği çok fazla etkiler. Ortam aynı zamanda örnek ile etkileşim için atıl olması ve yüksek basınç altında stabil olmalıdır. Lazer ısılı deneyler için, orta düşük ısıl iletkenliğe sahip olmalıdır. Bir optiksel teknik çalışıtırılabiliyorsa,  x-ışını kırınımı ve optiksel saydamlık orta derecede olmalıysa, orta zayıf bir X-ışını saçıcı olmalıdır, sinyale katkı olmadan.   
Çok yaygınca kullanılan bazı basınç aktarım  medyaları  sodyum klorür, silikon yağı, ve 4 de1 oranın metanol ve etanol olmuştur. Sodyum klorür dolması ve yüksek sıcalık deneylerinde kullanılması için basitdir çünkü  o iyi bir termal yalıtkan olarak davranır. Metanol-etanol karışımı iyi hidrostatisiti gösterir yaklaşık 10GPa ve yaklaşık 15GPa y ı aşmayan suyun bir miktatırının ilavesi ile.
Eğer örnek hidrofobik veya hidroksi bileşnlerine hassas ise silikon yağı tercih edilir ki onlar düşük basınç da (15GPa) hidrostatiksel olarak davranır. Ama, tüm  medyalar kaybeder göreceli düşük basınçdaki hidrostatikliğini nadir gazlar  ile karşılaştırıldığında.
10GPa yı aşan basınç deneyleri için, soygazlar tercih edilir. Soygazlar, örneğin, helyum,neon ve argon optiksel gerçirgen, termal yalıtkan ve küçük x-ışın serpilmelerine sahiptir.Argon lazer ısısını kapsama deneyleri için kullanılır çünkü p kimyasal olarak yalıtkandır.