韩国科研团队发现低成本钻石制造法,仅需常压,颠覆传统工艺

近期,韩国基础科学研究所的团队在《自然》杂志上发表论文称,自己的“制造钻石的新方法”绕过了高温高压的限制,使得制造钻石的成本降低到现有成本的极小部分。

媒体评论称:科幻小说中所称的“钻石时代”——这一精细晶体控制世界,可能比我们想象的要近。

 

自20世纪50年代以来我们就已经知道如何制造合成钻石,但目前的主流工艺需要在5-12天内,并需要1300-1600摄氏度(2400-2900华氏度)的温度和50,000大气压环境。这中合成方法制作的钻石/金刚石,通常用于满足磨料磨具等工业应用的需求。现在,随着这种在常压下制造钻石的方法的宣布,高温高压钻石的状况可能将发生改变。尽管依然要求有较高的温度——1025摄氏度(1877华氏度),但这个方法也意味着巨大的节省。

天然钻石是在地幔中由数千米的地壳力量压制而成,但韩国基础科学研究所的研究人员打破了这一观念。他们表明,在氢/甲烷环境中,由镓、铁、镍和硅组成的液态金属合金“可以在没有多大压力的情况下生长钻石”。

当然,提供钻石生长碳源的,依旧是我们熟悉的甲烷。

 

这一开创性的突破是人类聪明才智、不懈努力和众多合作者协同合作的结果,”鲁夫教授(Rod Ruoff)在一份声明中说。他在交谈中省略了很多曾经走过的弯路,并表示“当团队转向一个更小的腔室时,才取得了真正的进展”

最终,团队成员发现,当液态合金中镓的原子丰度为77.75%、硅为0.25%、铁和镍各为11%时,钻石会在液体底部附近生长。这不是一个立即就能想到的比例。

此外,与传统的合成钻石不同,这里不需要晶种。

有一天……当我进行实验然后冷却石墨坩埚使液态金属凝固,并移除了凝固的液态金属块时,我注意到在这块金属的底部表面上有几毫米宽的‘彩虹图案’,”研究生Yan Gong(音)说。“我们发现彩虹色是由钻石造成的!

形成钻石的过程需要10到15分钟开始,生长会在150分钟内停止。目前团队希望找到克服这一局限的方法。

 

到目前为止,制造出的钻石还很小——更像是一层薄膜而不是一颗宝石——因此“钻石公司还不必惊慌”。然而,如果能找到促进钻石形成前的碳超饱和层的方法,情况可能会有所改变。用于生产彩色钻石的硅空位(也由氮杂质产生)可以使产品在量子计算实验中达到理想效果。

为什么这种金属和气体的组合会产生预期的结果,目前尚不完全清楚。团队认为,硅碳键的相似性可能是关键,含有硅原子的碳簇可能作为钻石的前体(precursors)。

 

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创建时间:2024-04-29 19:02