這個發現,也許會改變鑽石行業,尤其是培育鑽石

2020-08-27 鑽石觀察


「科學技術的全面發展取決於基礎科學的發展,而基礎科學的基礎又在於對物質深層結構的探索,如果這個領域沒有進展,科學技術整體上就不可能產生重大突破。」——《三體》


切源自前天下午某個小夥伴的信息。對方問我是否了解一種新的培育鑽石製造方法,隨後發來了一個連結。打開後是一篇很短但隱藏得很深的報導,裡面介紹了一種新的技術,能在耗能極少的情況下生成鑽石/金剛石。


初看之下這個東西很有意思,採取含氫的原材料,用雷射加熱和高壓的方式,在短時間內形成鑽石/金剛石。


出於對專業的敬畏,我立刻諮詢了業內的小夥伴,得到了不少的幫助。


後來我查閱了2004年以來的資料,包括其作者Wendy Mao的情況,終於大概明白了這裡面說的是什麼。本文以儘可能通俗的方式做一個介紹,與業內外的小夥伴分享。


首先要理解一個叫diamondoid的詞。這個詞的意思是「類金剛石」,也有翻譯成「金剛烴」的。


還有一個概念叫「lower diamondoid」,一些科學文獻中把它翻譯成「小金剛烴」。比如國內媒體我能查到的是2004年和2015年的兩篇論文,不過閱讀量這麼多年來加在一起才幾十個。論文裡連帶著也介紹了拉曼光譜分析法,在這裡就不多說了。


「烴」(tīng)是個啥玩意兒呢?就是碳氫化合物。


這就是為什麼那篇文章裡說「原材料含氫元素」了,其實說的就是怎樣用「金剛烴」製造「金剛石」,而且是低能耗。


金剛烴很有意思,有七種不同的存在形式,表現出一些金剛石的特性。所以它經常被用在塗層上,其中四面體非晶碳(ta-C)塗層極其強悍,2微米的厚度就能抵抗不鏽鋼針。


說得更形象一點,就是把金剛烴磨得稀碎塗在一把刀上,這把刀就相當於塗了一層鑽石,成了無堅不摧的屠龍寶刀。


史丹福大學在這個領域是相當強大的。


再來看看這位Wendy Mao,中文名字毛立文,華裔,是史丹福大學的地質科學和光子科學教授(如下圖),獨立領導研究小組工作。



自1998年起,Wendy就前後獲得了八項科學大獎。這些材料我在斯坦福官網上都找到了,所以應該不會有假。


國內媒體對Wendy的報導極少,只有2011年和2017年的兩篇文章,一篇是關於「非結晶鑽石」,另一篇是地質學,都相當前沿。


今年2月21日,Wendy帶隊發表了一篇文章,專門針對「類金剛石/金剛烴在壓力下的表現」進行了科學闡述。這篇文章其實特別有意義,因為它應該是第一篇能全程記錄金剛烴在不同溫度和壓力條件下反應(包括拉曼位移)的論文。


Wendy在實驗中發現,如果把金剛烴放在兩顆鑽石之間,置入一個」李子大小的容器內「(如下圖),只需要「稍微增壓」,同時用雷射加熱,金剛烴就變成鑽石/金剛石了。


更神奇的是,這種轉變是直接完成的,也就是說,類金剛石/金剛烴會直接變成鑽石(金剛石),而無需經過演變成石墨這一道過程。


論文不長,但內容非常專業,甚至晦澀。我在閱讀了兩個小時後依然無法詳細描繪,只能通俗地闡述,請各位小夥伴理解。


現在Wendy得到的測試樣品還是極細的鑽石/金剛石顆粒,顯然還不足以用在珠寶領域,所以消費者是看不到的。但這是接近基礎科學領域的研究成果,或許將對整個行業起到潛移默化的作用。


這項研究未來會怎樣發展,能否被廣泛應用,可不可以製造更大顆粒並得到推廣,我們都不知道。但是,基礎科學,哪怕是邊緣學科的進步,總是能給人類帶來意想不到的福音。


一直以來,我都帶著仰望的心態看待科學,因為我始終認為,科學是唯一能真正推動人類前進的「手」。所以今天鬥膽寫下本文,希望能引起業內外哪怕一丁點的關注。如有瑕疵,請各位小夥伴不吝指正。


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