02.26 斯坦福大學的科學家將化石燃料變成純粹的鑽石


斯坦福大學的科學家將化石燃料變成純粹的鑽石

圖釋:科學家於林,製成的鑽石模型


研究鑽石形成的機制,探索合成人工鑽石的新方法,或許不僅僅對世界各地的珠寶商來說意義重大。斯坦福大學的科學家研製出一種新型人造鑽石。

傳統的鑽石是碳在地表下幾百英里處,在高溫和高壓條件下慢慢結晶成價值高昂的一種石頭。它們數百萬年前隨火山噴發而出現在地球表面。

科學家們用了數十年的時間嘗試了多種方法用不同的材料來合成鑽石,甚至鑽石巨頭戴比爾斯也曾參與其中。然而,那些方法均存在大量的弊端,不僅需要大量的能量,還需要各種昂貴的催化劑才可以完成實驗。這項研究的主管說“我們只想尋找一種簡單的方式,使用單一常見物質在沒有催化劑的條件下轉化為純粹的鑽石。”

在這個實驗過程中,科學家們通過強大的顯微鏡觀察化石燃料時發現,許多材料的組合方式與鑽石晶體的原子組合方式相同,均呈現由一個、兩個或三個組成籠子的小單元。與傳統純碳組成的鑽石不同,石油成分中的這些菱形單元含有氫元素。

科研小組將這些鑽石類物質裝入叫做“鑽石砧”的設備(科學家用來製造高壓和生產超硬材料的設備)中,然後用激光對材料進行加熱,通過一系列測試和模擬,科研小組驚喜的發現這些化石燃料分子能夠以很少的能量轉化成為純鑽石。溫度控制在627度左右,在極端高壓下,碳原子迅速排列成一排,而氫則從混合物中分離消失。


斯坦福大學的科學家將化石燃料變成純粹的鑽石

圖釋:科研人員用激光加熱材料合成鑽石


然而,科研人員發現,這項技術現在只可以生產很小的鑽石斑點,現在來看,這項技術的真正價值在於它能提供鑽石形成的一些見解。這一實驗提高了人們對鑽石形成的理解,這不僅僅會對珠寶行業產生重大影響,對於使用鑽石的硬度、透明度、化學穩定性、導熱率和其他獨特屬性的醫學、生物傳感、量子計算等領域也同樣意義重大。


斯坦福大學的科學家將化石燃料變成純粹的鑽石

圖釋:晶瑩剔透令人神魂顛倒的加工過的成品裝飾鑽石


金剛石即鑽石的原石,應用領域十分廣泛。“鑽石恆久遠,一顆永流傳”把它帶到了我們每個人的身邊,然而,除了裝飾,它還可用於水處理、水刀切割、火災探測器、精密機械加工、微創手術、飛機制造、抗菌材料、網絡通信、醫藥等領域,甚至現在英國科學家在研製利用金剛石製作超級洗衣粉。

研究人員說,如果你可以製造出少量的這種純鑽石,那麼你就可以在特定的應用中以可控的方式對其加工混合。



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