材料製造新篇章,澳洲科學家在室溫下花數分鐘製造出稀有鑽石

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 21 日 12:21 | 分類 尖端科技 , 材料 Telegram share ! follow us in feedly


鑽石的形成非常不容易,傳統上碳元素得在地球深處,經過數十億年的高壓和高溫才能形成,但現在一組國際團隊運用新技術,成功將過程縮短至幾分鐘,不僅快速且可以在室溫下進行。

與觀賞性質的天然鑽石不同,由於硬度極高且導熱性佳,人造鑽石(多稱金剛石)經常被用做保護塗層或鑽探、切削超硬材料的工具。

儘管近年已出現一些技術創新,金剛石製造多半還是得仰賴超高壓和高溫環境,但澳洲國立大學(ANU)和皇家墨爾本理工大學(RMIT University)團隊的成果完全突破了這項限制,讓生產金剛石來到一個新紀元。

據研究作者、澳洲國立大學教授 Jodie Bradby 的說法,這項技術的突破關鍵在於如何施加壓力。透過使用金剛石壓砧(DAC)在芭蕾舞鞋鞋頭大小的區域施加相當 640 頭非洲大象的壓力,促使碳原子之間發生了意外反應。

研究人員認為,除了非常高的壓力,碳纖維還受到剪力的作用,這才使得碳原子在室溫環境下移動形成金剛石和更稀有的藍絲黛爾石(Lonsdaleite,六方金剛石)。

儘管天然鑽石已經相當稀有,但藍絲黛爾石更為少見,這種具有特殊平行六邊形晶格的金剛石目前僅在隕石撞擊處曾發現,過去人造上也僅在高溫環境中成功進行,新技術首次展現出室溫下短時間人工製造的可能性。

在電子顯微鏡觀察樣品中,可以看到金剛石在藍絲黛爾石(Lonsdaleite,六方金剛石)間形成像河流的形狀,皇家墨爾本理工大學教授 Dougal McCulloch 認為,這項新技術所創造的一切實在是太神奇了。「這是我們首次看到藍絲黛爾石和普通鑽石形成的『小河流』,確實有助我們理解它們的形成方式」。

研究小組希望未來能利用這項技術,提高人造金剛石生產的數量,特別是硬度比普通鑽石高出 58% 的藍絲黛爾石,若真能實現人工生產,將有潛力被用來開採超硬材料;由於新的剪切誘導形成機制能夠在室溫環境下作用,這項關鍵發現或許也將讓合成其他重要奈米材料上更為容易。

(圖片來源:澳洲國立大學