斯坦福大学科学家将化石燃料分子变成新型人造纯钻

摘要:

据外媒报道,最近一项新研究调查了钻石形成背后的机制,并发现了生产独特形式的人造宝石的新方法,这可能意义重大,而不仅仅是全球珠宝商的金库。斯坦福大学科学家开发的一种新型人造钻石,为这种高压生产过程提供了更多的启示,并以在原油和天然气中发现的分子为出发点。

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常规钻石在极高的热量和压力下在地球表面以下数百英里处成型,从而使碳结晶成有价值的宝石。数十年来,科学家们一直在尝试各种方法,将各种材料转变为合成材料,甚至全球最大的钻石开采公司戴比尔斯也参与其中。然而,这些方法通常涉及大量能量,并且需要催化剂来触发转化。斯坦福大学地球、能源与环境科学学院的研究人员着手寻找一种更简单的方法。

该研究的主要作者苏尔吉耶·帕克(Sulgiye Park)说:“我们希望看到一个干净的系统,其中单一物质可以转化为纯钻,而无需催化剂。”在制作新的合成钻石时,科学家们从石油罐中提炼出粉末。该小组通过强大的显微镜检查了这些材料,观察到粉末中的原子模式与构成钻石晶体的原子的组织方式相同。

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与常规钻石不同,众所周知,这些不同的类金刚石纯粹由碳组成,因为它们也含有氢。然后,研究小组将这些类金刚石装入了所谓的金刚石砧盒中,科学家们经常使用这种设备来产生极高的压力并生产超硬材料。然后他们用激光加热这些材料,并通过一系列测试和模拟,研究小组发现三笼式类金刚石能够以极少的能量转化为纯金刚石。三笼式类金刚石的碳原子在约1160°F(627°C)的温度下和比地球大气压力高出许多倍的压力迅速迅速对齐,氢从混合物中消失了。

所有这些操作都在不到一秒钟的时间内完成,研究人员指出,这项技术能够产生的钻石很少。它的真正价值在于可以就如何形成钻石提供的见解。

研究人员表示:“从这些基础材料开始,您可以更快、更轻松地制造钻石,并且比仅仅模仿钻石中的高压和高温,您还可以更完整、更周到的方式了解钻石加工过程,钻石如何自然形成的地球的一部分。”

增进我们对这些合成钻石的形成方式的理解可能会给珠宝行业带来不小的影响。钻石的硬度、透明度、化学稳定性、热导率和其他独特属性可以使它们对从医学到生物传感到量子计算等领域的科学家有用。研究高级作者余琳说道:“如果您可以制造出很少量的这种纯钻,那么您就可以针对特定应用以受控方式对其进行掺杂。”

该研究发表在《科学进展》杂志上。

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