科學家模擬隕石撞地球情境,在「常溫」下成功合成鑽石!

鑽石示意圖,非文中所述常溫下合成的鑽石

鑽石是地球上最堅硬的自然物質。它埋藏於地底,歷經萬年以上的高溫高壓才能生成;人類也利用類似的原理製造工業用鑽石。然而近日有研究團隊在「室溫」下,用短短數分鐘的時間製造出人工鑽石,顛覆傳統的鑽石製程。研究團隊將發現發表在《Small》期刊上。

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在過去,高溫高壓是合成人工鑽石的必要條件

鑽石有高硬度、高導熱性等優點,因此被應用於工業。由於工業用鑽石多為人工鑽石,因此人們也研究穩定合成鑽石的方式。早在 1954 年,人類就已經用高溫高壓的方式成功合成鑽石;直到今日,人類依舊使用該方式製造工業鑽石。但高溫高壓法的缺點是鑽石體積比較小,缺陷也較多。

另一種製造鑽石的方式是使用一種化學氣體,用一顆小鑽石當種子,讓它長出更大的鑽石。雖然生長速度慢,但體積較大,缺陷也較少。只不過仍在要 800 度的高溫才能生成。

此外,自然界不只有一種鑽石。一般的鑽石,碳原子為四方體晶體結構;然而有種鑽石叫藍絲黛爾石(Lonsdaleite),它的碳原子就排列成六方晶體結構。根據科學家推測,它的硬度比一般的鑽石高 58%。

科學家也成功合成藍絲黛爾石,但也必須借助高溫高壓實現。

科學家發現生成鑽石的新條件:剪力

然而有科學家發現,隕石撞擊地球,或者是小行星之間碰撞也會產生鑽石。研究這類鑽石的過程中,科學家發現,除了高溫與高壓外,剪力也是生成鑽石的要素之一。

於是澳洲國立大學(ANU)和皇家墨爾本理工大學(RMIT University)的團隊合作,設計了實驗,對一塊類似石墨的碳施以高壓與高剪力,模擬隕石撞地球的情境,但沒有加熱。結果在短短幾分鐘內,他們就成功合成鑽石,當中包含藍絲黛爾石。

在這項實驗中,研究團隊用了至少 80 千兆帕斯卡(gigapascal)的壓力。研究人員表示,接下來的目標,是降低製造鑽石所需的壓力。若成功,人類就能生成更低成本的鑽石,利於工業應用,也能幫助科學家了解鑽石在星體撞擊的形成過程。

參考資料

Small》、《The Conversation

(本文提供合作夥伴轉載。首圖來源:Pixabay CC Licensed

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