咱中国,也能培育出世界级的“钻石”!
目前,这个世界上已知形成钻石的方法有4种:第一种是大自然费了N多年的劲才生育的天然钻石;第二种和第三种是人类发挥聪明才智在实验室和工厂里制造出来的培育钻;第四种则是人类无法复制的过程。
第一种:大自然的力量
从本质上讲,HPHT法复制了因板块俯冲而形成天然钻石的客观条件。碳源、钻石种子和金属催化剂进入一个小载体内。该载体被放入一个巨大的机械压力机中,其中的添加物被加热到接近1500摄氏度,并施以惊人的压力。熔化的金属溶解碳通过助熔剂,迁移到钻石种子并生长出我们所需的培育钻。
第三种:化学气相沉积 (CVD)法培育钻
CVD法是从等离子体中释放碳原子。在真空中将碳氢化合物气体加热至接近1000摄氏度,此时碳原子开始与其分子键分离。这些原子下降并落在先前生长的HPHT合成金刚石的平坦晶片上,并在垂直层中生长。用于珠宝的基材是方形的,但对于其他用途可能会有所不同。
实验室培育的CVD原钻(左)
实验室培育的HPHT原钻(中)
天然原钻(右)
第四种:来自星星的钻石
西伯利亚的波皮盖陨石坑发现钻石后多年禁止进入。事实证明,这些钻石是由陨石坠落的冲击压力形成的。火球撞击半径8.5英里内的石墨随即转化为钻石。大多数钻石直径范围在0.5至2.00毫米内,虽然达不到宝石级,但它们可用作工业需求,而且比普通钻石硬度高达58%。
由于它们的硬度和六方晶体结构(与普通钻石的立方结构相反),这种钻石被称为Lonsdaleite,以爱尔兰晶体学家、皇家学会会员Kathleen Lonsdale的名字命名。
人造Lonsdaleite
RMIT大学教授Dougal McCulloch和澳大利亚国立大学物理学教授Jodie Bradby正在努力复制外星钻石形成的条件。
他们的研究,设计了一个实验。在这个实验中,一小片类石墨碳受到极端剪切力和高压的作用,以促进钻石的形成。与之前在这方面的大多数工作不同,压缩过程中没有对碳样品施加额外的加热操作。在使用先进的电子显微镜观察下,发现所得样品同时包含普通钻石和Lonsdaleite。在这种前所未见的排列中,一条细长的钻石“河流”(大约比人的头发细200倍)被Lonsdaleite的“海洋”所包围。
根据两位科学家的说法,在室温下观察到钻石形成的最低压力为80GPa(千兆帕),相当于 一只芭蕾舞鞋尖上承受了640头非洲大象的压力。这与刺激天然钻石生长或HPHT法所需的5-7 GPa相比有了极大的提升。
尽管现在的研究还只是起点。但相信不久的未来,我们可能就会看到人造Lonsdaleite加入到实验室培育钻的大家庭中。