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科学家实现“实验室中造钻石”,全程只需几分钟!
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编辑:陈旭

钻石恒久远,一颗永流传。天然钻石往往“藏身”于地球深处约150公里处,在极高的压力和超过1000℃的环境下,经过数十亿年才能形成。而据本月18日物理学家组织网消息,由澳大利亚国立大学和皇家墨尔本理工大学领导的研究小组表明,只要施加高压,在室温下的实验室中就能在几分钟内制造出类似订婚戒指上的钻石——普通金刚石和蓝丝黛尔石。

在蓝丝黛尔石“海”中的钻石“河”。来源:物理学家组织网
从未见过的排列
澳大利亚国立大学物理研究学院布拉德比教授称,他们设计了一种实验,在实验中,一小片类似石墨的碳经受极高的剪切力和高压,从而促进金刚石的形成。
与以前在这方面所做的大多数工作不同,研究人员在压缩过程中没有对碳样品施加额外的高温。他们使用先进的电子显微镜技术发现,所得样品中既含有规则的钻石又含有蓝丝黛尔石。
在这种从未见过的排列中,研究人员看到,一块薄薄的钻石“河”(比人的头发小约200倍)被蓝丝黛尔石“海”所包围。该排列结构让人想起其他材料中观察到的“剪切带”,其中狭窄的区域会受到强烈的局部应变。这表明剪切力是在室温下形成这些金刚石的关键。
钻石不止有一种
碳原子可以通过多种方式结合在一起,形成不同的材料,包括柔软的黑色石墨和坚硬的透明金刚石。众所周知的石墨烯就是有史以来最薄的材料。事实上,还有不止一种碳基材料具有类似钻石的黏结。
在普通金刚石中,原子排列成立方晶体结构。但这些碳原子也可通过排列形成六方晶体结构。这种不同形式的钻石称为蓝丝黛尔石——以爱尔兰晶体学家和英国皇家学会凯瑟琳·蓝丝黛尔的名字命名,因她使用X射线研究了碳的结构。
蓝丝黛尔石是在美国亚利桑那州的暗黑破坏神陨石坑遗址中自然发现的。此后,科学家在实验室通过加热和压缩石墨(使用高压压力或炸药)合成了微量的这种物质。据预测,它比普通钻石硬58%,而此前,普通钻石已被认为是地球上最硬的天然材料。
钻石制造业的春天?
在室温下几分钟之内就能制造出钻石的能力开辟了许多制造业的可能性。
特别是,对于需要极硬材料的行业而言,用这种方法制造“比钻石还硬”的蓝丝黛尔石是令人振奋的消息。例如,用金刚石涂覆钻头和刀片,可延长这些工具的使用寿命。
研究人员称其面临的下一个挑战是降低形成钻石所需的压力。在本次室温条件下形成钻石的过程中,施加的最低压力是80千兆帕,这相当于有640头非洲大象的重量集中在一只芭蕾舞鞋尖上!而如果钻石和蓝丝黛尔石都能在较低的压力下被制造出,我们就可以生产更多的钻石,速度更快,且成本更低。
来源:科技日报

 
 
 
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