金刚石为什么稳定,金刚石为什么是无色的

首页 > 经验 > 作者:YD1662022-11-09 07:46:51

凯瑟琳·朗斯代尔。| 图片来源:Smithsonian Institution / Wikimedia Commons

蓝丝黛尔石很曾在亚利桑那州迪亚布洛峡谷的陨石坑被发现。一些科学家对这种物质很感兴趣,因为据预测,它的坚硬程度应该比“最坚硬”的普通金刚石还要高58%。

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事实上,金刚石在许多领域都是一种极具吸引力的材料,它有超高的硬度、良好的导热性等许多优点,应用十分广泛。正因如此,人们也一直在寻求人工合成金刚石的稳定途径。

早在1954年,金刚石已经在实验室中被合成了出来。美国物理化学家特雷西·霍尔(Tracy Hall)在实验室中模拟了地壳之下的自然条件,并加入金属催化剂来加速生长过程,最终成功地制造出了金刚石。这种高压、高温的金刚石与自然界中发现的金刚石相似,但它们的体积往往比较小,不够完美。直到今天,人们仍在使用高温高压的方法,主要是在一些工业应用中。

另一种制造金刚石的主要方法是通过一种化学气体工艺,这需要利用一颗小型的金刚石作为“种子”,“长出”更大的金刚石。这种方法同样需要800℃左右的温度。虽然这种金刚石生长相当缓慢,但它们可以长得很大,相对来说也少有缺陷。

蓝丝黛尔石的人工合成也曾被实现。研究人员在实验室中利用高压压力装置或爆炸物,通过加热和压缩石墨,成功合成出微量的蓝丝黛尔石。

但问题是,所有这些制造方法似乎都离不开高温条件。然而近日,一组国际团队第一次在未经加热的条件下,在实验室中成功地制造出金刚石。在室温条件下,他们只用了几分钟时间就制造出了金刚石和蓝丝黛尔石。研究结果已于近日发表于Small

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一些研究人员已经注意到,自然界提供了形成金刚石的其他方式的线索。比如,在陨石猛烈撞击地球的过程中,以及在太阳系高速运行的小行星碰撞过程中也可能形成金刚石,我们称之为“地外金刚石”。

在研究地外金刚石形成的过程中,有证据表明,除了高温和高压之外,剪力(或者说“滑动力”)对触发形成可能也起到了重要作用。

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剪力示意图。| 图片来源:Wikimedia Commons

受到剪力的物体会在顶部被往一个方向推动,在底部则朝着相反方向推动。举个例子,如果我们把一摞牌的顶部往左推,底部往右推,就会使这一摞牌滑动,牌就会散开。这也是为什么剪力也被称为“滑动”力。

在新研究设计的实验中,一小块类似石墨结构的碳承受了极端的剪力和高压。与之前的大多数工作不同,在压缩的过程中,研究人员没有对碳样品进行任何额外加热。利用先进的电子显微技术(一种用于捕捉非常高分辨率图像的技术),他们发现,压缩后的样品既含有普通金刚石,也含有蓝丝黛尔石。

新研究用实验证明了,仅仅通过施加高压,金刚石和蓝丝黛尔石都可以在室温下形成

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