首次在室温下制造出钻石以及Lonsdaleite钻石

在自然界,钻石形成于地球深处。需要极高的压力和超过1000℃的高温环境。

现在有支国际团队在几分钟内制造了两种不同类型的钻石——首次在室温下制造出钻石。实验报告发表在Small杂志上。

钻石不止一种

碳原子可以多种方式结合在一起,成为不同材料,包括软质黑色石墨和硬质透明金刚石。

有类似石墨的键形式的碳单质,如石墨烯——有史以来最薄的材料。但还有不止一种的钻石结构。

在普通金刚石中,原子排列成立方晶体结构。但也可以排成六方晶体结构。

这种不同形式的钻石被称为Lonsdaleite,以爱尔兰晶体学家和英国皇家学会Kathleen Lonsdale的名字命名——最早使用X射线研究了碳结构的科学家。

人们对Lonsdaleite很感兴趣,因为据预测它比普通钻石还要硬58%,而普通钻石已被认为是地球上最硬的天然材料。

我们曾在亚利桑那州的Canyon Diablo陨石坑遗址中发现了天然的Lonsdaleite。此后,在实验室中通过高压压力机或炸药,加热和压缩石墨可以合成微量的Lonsdaleite。

制作钻石的方法

钻石早在1954年就已被人工合成。通用电气(General Electric)的Tracy Hall使用模仿地壳内自然条件的过程制出了钻石,并添加了金属催化剂以加快生长。

结果是人工高压高温钻石与自然钻石相似,但通常较小且不太完美。目前仍在生产,主要用于工业。

另一种主要方法是通过化学气体工艺,使用小钻石作为“种子”来生长更大的钻石。需要大约800℃的温度。尽管生长缓慢,但成品更大且相对无缺陷。

大自然为其他形成钻石的方法提供了线索,在陨石撞击以及太阳系中高速小行星碰撞等过程中,创造了所谓的“外星钻石”。

科学家一直试图弄清外星钻石的形成方式。有证据表明,除了高温和高压外,滑动力(也被称为“剪切”力)可能起重要作用。

受剪切力影响的对象在顶部朝一个方向推动,在底部朝相反方向推动。我们单手把桌上的一摞纸牌从顶部向右摊开。纸牌整体受到的就是剪切力,所以也可以叫做“滑动”力。

最新设计的实验,把一小片类似石墨的碳单质经极高的剪切力和压力,形成金刚石。与以前的流程不同,压缩过程中没有加热。经电子显微镜发现,所得样品中既含有常规钻石,也含有Lonsdaleite。

在室温下几分钟之内制造钻石的能力蕴藏了更多的工业潜力。

特别是,对于需要极硬材料的行业而言,用这种方法制造Lonsdaleite是令人振奋的消息。工业上我们用金刚石涂覆钻头和刀片以延长工具的使用寿命。

下一个挑战是降低压力条件。

在我们的研究中,室温下钻石形成的最低压力为80吉帕斯卡。相当于芭蕾舞鞋尖上站640头非洲大象!

若成功降低压力条件,则制造成本将大幅降低。

原文:https://www.sciencealert.com/for-the-first-time-ever-scientists-create-diamonds-in-the-lab-without-heat

0

更多精彩

胃里蠕动着的“异形”

2020年11月24日 子曰君 0

11月21日发表在《新英格兰医学杂志》上的病例研究,来自一位新德里的20岁男子。他经历了一整天的腹痛、腹泻和呕吐,不得不前往急诊室就医。这名男子此前身体健康,没 […]

太阳的女儿

2020年11月24日 子曰君 0

从前,有一位国王和一位王后,他们在盼望了多年之后,王后终于怀孕了。他们请来占星师,想知道王后怀的师男孩还是女孩,还有这孩子将来的命运。占星师们在观测了星象之后, […]

七夕的传说

2020年11月24日 子曰君 0

农历“七夕”,俗谓“中国情人节”——牛郎织女的美丽传说即与七夕密切相关。宋人秦观词云:“纤云弄巧,飞星传恨,银汉迢迢暗渡。……两情若是久长时,又岂在朝朝暮暮。” […]

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.


*