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      化石燃料中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)可以轉(zhuǎn)化為純金剛石
      
			
      
				2020-02-26 09:49:35
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      這聽起來像是煉金術(shù)：將一團白色的灰塵，擠在鑲滿鉆石的壓力室中，然后用激光對其進行噴砂處理。打開腔室，在里面找到新的純金剛石顯微斑點。
      

      

      斯坦福大學和SLAC國家加速器實驗室的一項新研究表明，通過仔細調(diào)節(jié)熱量和壓力，該配方可以如何從原油和天然氣中發(fā)現(xiàn)的一種氫和碳分子中生產(chǎn)出鉆石。
      

      該論文的合著者斯坦福大學的地質(zhì)學家Rodney Ewing說：“這篇論文令人興奮的是，它展示了一種欺騙通常形成鉆石所需的熱力學的方法。”該論文的合著者于2月21日發(fā)表在《科學進展》雜志上。
      

      科學家用其他材料合成鉆石已有60多年的歷史了，但這種轉(zhuǎn)變通常需要消耗大量的能量，時間或添加催化劑(通常是金屬)，這往往會降低最終產(chǎn)品的質(zhì)量。這項研究的主要作者，斯坦福大學地球，能源與環(huán)境科學學院(Stanford)博士后研究員蘇爾吉耶·帕克(Sulgiye Park)說：“我們希望看到一個干凈的系統(tǒng)，其中一種物質(zhì)可以在沒有催化劑的情況下轉(zhuǎn)化為純凈的鉆石。”地球)。
      

      理解這種轉(zhuǎn)變的機制對于珠寶以外的應用將很重要。鉆石的物理特性-極高的硬度，光學透明性，化學穩(wěn)定性，高導熱率 -使其成為醫(yī)學，工業(yè)，量子計算技術(shù)和生物傳感的有價值的材料。
      

      SLAC斯坦福大學材料與能源科學研究所(SIMES)的資深研究人員Yu Lin說：“如果您可以制造出少量這種純凈的鉆石，那么您就可以以受控的方式對它進行摻雜，以用于特定的應用。”國家加速器實驗室。
      

      天然配方
      

      天然鉆石是從地球表面數(shù)百英里處的碳中結(jié)晶而成的，那里的溫度達到了華氏數(shù)千度。迄今為止，出土的大多數(shù)天然鉆石都是在數(shù)百萬年前的火山噴發(fā)中迅速上升的，它們攜帶著地球深處內(nèi)部的古老礦物。
      

      結(jié)果，鉆石可以洞悉行星內(nèi)部存在的條件和材料。斯坦福大學礦物物理學家溫迪·毛(Wendy Mao)說：“鉆石是從地球最深處帶回樣本的容器。”帕克負責該實驗室大部分研究的實驗室。
      

      在擠壓類金剛石樣品并用激光對其進行噴砂處理之后，研究人員使用了第二個較冷的激光束來幫助表征所得的金剛石。圖片來源：Andrew Brodhead
      

      為了合成鉆石，研究團隊從三種裝滿石油的油輪中提煉出了三種粉末。毛說。“我們用針頭撿起一點，將其放在顯微鏡下進行實驗。”
      

      乍一看，無味，略帶粘性的粉末類似于巖鹽。但是，訓練有素的眼睛通過功能強大的顯微鏡凝視，可以區(qū)分排列成與構(gòu)成鉆石晶體的原子相同的空間模式的原子。好像鉆石的復雜格子被切成由一個，兩個或三個籠子組成的較小單元。
      

      與純凈碳的鉆石不同，粉末(稱為類金剛石)也含有氫。毛說：“從這些基礎(chǔ)材料開始，您可以更快，更輕松地制造鉆石，而且比僅僅模仿鉆石中的高壓和高溫，您還可以以更完整，更周到的方式了解鉆石的加工過程。鉆石自然形成的地球的一部分。”
      

      壓力下的類金剛石
      

      研究人員將類金剛石樣品裝入一個稱為鉆石砧室的李子大小的壓力室中，該室將粉末壓在兩顆拋光的金剛石之間。只需簡單地用手擰一下螺絲，設(shè)備就可以產(chǎn)生您可能在地球中心發(fā)現(xiàn)的那種壓力。
      

      接下來，他們用激光加熱樣品，用一系列測試檢查結(jié)果，并運行計算機模型以幫助解釋轉(zhuǎn)化的進行情況。林說：“我們試圖回答的一個基本問題是，籠子的結(jié)構(gòu)或數(shù)量是否會影響類鉆石轉(zhuǎn)變成鉆石的方式。” 他們發(fā)現(xiàn)被稱為金剛烷的三籠形類金剛石可以以很少的能量重組成金剛石。
      

      在900開氏溫度(大約1160華氏度，即熾熱的熔巖的溫度)和20吉帕斯卡的壓力(比地球大氣大數(shù)十萬倍)時，金剛烷烷的碳原子迅速對齊，氫原子散布或掉落。
      

      轉(zhuǎn)換以最短的幾分之一秒展開。這也很直接：原子在制造鉆石的過程中不會通過另一種形式的碳，例如石墨。
      

      毛說，鉆石砧室中的微小樣本量使這種方法不實用，無法進行比斯坦福大學研究小組生產(chǎn)的鉆石斑點更多的合成。“但是現(xiàn)在我們對制造純鉆石的關(guān)鍵有所了解。
      
			

			
        
      
			
      
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