科學家實現「實驗室中造鑽石」，全程只需幾分鐘！

2020-11-22 築城戒毒之聲

科學家實現「實驗室中造鑽石」，全程只需幾分鐘！


鑽石恆久遠，一顆永流傳。天然鑽石往往「藏身」於地球深處約150公裡處，在極高的壓力和超過1000℃的環境下，經過數十億年才能形成。而據本月18日物理學家組織網消息，由澳大利亞國立大學和皇家墨爾本理工大學領導的研究小組表明，只要施加高壓，在室溫下的實驗室中就能在幾分鐘內製造出類似訂婚戒指上的鑽石——普通金剛石和藍絲黛爾石。

在藍絲黛爾石「海」中的鑽石「河」。來源：物理學家組織網

從未見過的排列

澳大利亞國立大學物理研究學院布拉德比教授稱，他們設計了一種實驗，在實驗中，一小片類似石墨的碳經受極高的剪切力和高壓，從而促進金剛石的形成。

與以前在這方面所做的大多數工作不同，研究人員在壓縮過程中沒有對碳樣品施加額外的高溫。他們使用先進的電子顯微鏡技術發現，所得樣品中既含有規則的鑽石又含有藍絲黛爾石。

在這種從未見過的排列中，研究人員看到，一塊薄薄的鑽石「河」（比人的頭髮小約200倍）被藍絲黛爾石「海」所包圍。該排列結構讓人想起其他材料中觀察到的「剪切帶」，其中狹窄的區域會受到強烈的局部應變。這表明剪切力是在室溫下形成這些金剛石的關鍵。

鑽石不止有一種

碳原子可以通過多種方式結合在一起，形成不同的材料，包括柔軟的黑色石墨和堅硬的透明金剛石。眾所周知的石墨烯就是有史以來最薄的材料。事實上，還有不止一種碳基材料具有類似鑽石的黏結。

在普通金剛石中，原子排列成立方晶體結構。但這些碳原子也可通過排列形成六方晶體結構。這種不同形式的鑽石稱為藍絲黛爾石——以愛爾蘭晶體學家和英國皇家學會凱薩琳·藍絲黛爾的名字命名，因她使用X射線研究了碳的結構。

藍絲黛爾石是在美國亞利桑那州的暗黑破壞神隕石坑遺址中自然發現的。此後，科學家在實驗室通過加熱和壓縮石墨(使用高壓壓力或炸藥)合成了微量的這種物質。據預測，它比普通鑽石硬58％，而此前，普通鑽石已被認為是地球上最硬的天然材料。

鑽石製造業的春天？

在室溫下幾分鐘之內就能製造出鑽石的能力開闢了許多製造業的可能性。

特別是，對於需要極硬材料的行業而言，用這種方法製造「比鑽石還硬」的藍絲黛爾石是令人振奮的消息。例如，用金剛石塗覆鑽頭和刀片，可延長這些工具的使用壽命。

研究人員稱其面臨的下一個挑戰是降低形成鑽石所需的壓力。在本次室溫條件下形成鑽石的過程中，施加的最低壓力是80千兆帕，這相當於有640頭非洲大象的重量集中在一隻芭蕾舞鞋尖上！而如果鑽石和藍絲黛爾石都能在較低的壓力下被製造出，我們就可以生產更多的鑽石，速度更快，且成本更低。 作者：科技日報

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  • 科學家首次在室溫中合成鑽石
    自然環境中，鑽石在地核深處形成。鑽石的形成需要很多時間，需要很高的壓力和1000°C以上的高溫。人造合成鑽石需要的時間就少得多，但過程中依舊需要高壓和高溫。但如今，科學家想出了不在高溫下就可合成鑽石的方法，他們在《Small》雜誌上發表了關於在普通室溫中合成鑽石的文章。
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