学家首次在室温中合成钻石

科学家首次在室温中合成钻石

科技

12:31 2020年11月23日

(更新 12:36 2020年11月23日)

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自然环境中，钻石在地核深处形成。钻石的形成需要很多时间，需要很高的压力和1000°C以上的高温。

人造合成钻石需要的时间就少得多，但过程中依旧需要高压和高温。但如今，科学家想出了不在高温下就可合成钻石的方法，他们在《Small》杂志上发表了关于在普通室温中合成钻石的文章。

碳原子可以形成各种各样的结构：从二维的黑色石墨烯到超坚硬的透明钻石。然而钻石也各不相同，不但可以是“经典”立方体结构，还可能是六方晶格结构，形成特殊的六方金刚石。六方金刚石比立方金刚石更坚硬，但在自然界中更罕见，在实验室中也更难获得。

然而，澳大利亚国立大学教授朱蒂·布拉德（Jodie Bradby）率队的科研团队成功在非高温下合成了立方金钢石和六方金钢石。通常人工合成钻石需要创造出如同地核的高温高压环境，但这一次，物理学家们注意到了另一种钻石自然形成机制——陨石的形成机制。

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天体发生强烈碰撞里，碳元素可形成钻石，这在地球上和太空中都可以实现。据推断，期间的温度不如剪切力重要，剪切力会让材料各层受到不同方向的力。例如，想象一张桌脚不牢的桌子受到大力推动，桌面向一边移动的同时，桌脚会向另一边移动。

因此专家设计了一种装置，能让石墨同时受到强大剪切力和压力。然后科学家把石墨放在电子显微镜下观察，发现了钻石晶体。立方晶体在六方金刚石的层与层之间形成了极细的“毛细血管”。整个过程耗时仅数分钟，科学家希望此方法能进一步完善，之后应用于工业和六方金刚石的大规模合成。

进一步增加剪切力，甚至可以降低钻石形成需要的压力。研究者指出，目前需要的压力大约为80千兆帕，相当于640头非洲大象施加于芭蕾舞鞋尖的压力。