科学家模拟陨石撞地球场景,在“常温”下成功合成钻石!

钻石是地球上最坚硬的自然物质。它埋藏于地底,历经万年以上的高温高压才能生成;人类也利用类似的原理制造工业用钻石。然而近日有研究团队在“室温”下,用短短数分钟的时间制造出人工钻石,颠覆传统的钻石制程。研究团队将发现发布在《Small》期刊上。

在过去,高温高压是合成人工钻石的必要条件

钻石有高硬度、高导热性等优点,因此被应用于工业。由于工业用钻石多为人工钻石,因此人们也研究稳定合成钻石的方式。早在1954年,人类就已经用高温高压的方式成功合成钻石;直到今日,人类依旧使用该方式制造工业钻石。但高温高压法的缺点是钻石体积比较小,缺陷也较多。

另一种制造钻石的方式是使用一种化学气体,用一颗小钻石当种子,让它长出更大的钻石。虽然生长速度慢,但体积较大,缺陷也较少。只不过仍在要800度的高温才能生成。

此外,自然界不只有一种钻石。一般的钻石,碳原子为四方体晶体结构;然而有种钻石叫蓝丝黛尔石(Lonsdaleite),它的碳原子就排列成六方晶体结构。根据科学家推测,它的硬度比一般的钻石高58%。

科学家也成功合成蓝丝黛尔石,但也必须借助高温高压实现。

科学家发现生成钻石的新条件:剪力

然而有科学家发现,陨石撞击地球,或者是小行星之间碰撞也会产生钻石。研究这类钻石的过程中,科学家发现,除了高温与高压外,剪力也是生成钻石的要素之一。

于是澳洲国立大学(ANU)和皇家墨尔本理工大学(RMIT University)的团队合作,设计了实验,对一块类似石墨的碳施以高压与高剪力,模拟陨石撞地球的场景,但没有加热。结果在短短几分钟内,他们就成功合成钻石,其中包含蓝丝黛尔石。

在这项实验中,研究团队用了至少80千万亿帕斯卡(gigapascal)的压力。研究人员表示,接下来的目标,是降低制造钻石所需的压力。若成功,人类就能生成更低成本的钻石,利于工业应用,也能帮助科学家了解钻石在星体撞击的形成过程。

参考资料

《Small》、《The Conversation》

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