我学者找到人工合成“超级钻石”新途径
2025-02-21 10:09
作者：佚名
文章来源：网络
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人工合成钻石自20 世纪 50 年代，瑞典和美国开始研究。1953 年，瑞典通用电机公司 ASEA 实验室成功合成钻石。1954 年，美国通用电气公司实验室合成钻石并首次公布。1971 年美国通用电气公司生产出超过 6 毫米的合成钻石。1985 年日本住友电子公司成功生产出黄 - 褐色合成钻石。1987 年，俄罗斯新西伯利亚市的科技人员合成出 “栅栏系列” 的合成钻石。 人工合成钻石合成方法
高温高压法（HPHT）：仿照天然钻石在地下约 200 公里深处的温度和压力，将石墨在铁族金属触媒的作用下转化成钻石，使用温度约为 1300℃-1500℃，压力约为 4 万 - 6 万个大气压力。
化学气相沉积法（CVD）：碳氢化合物如甲烷在气态条件下和同时存在的氢气受等离子体的高能解离，生成碳原子层级的离子沉积在加热的固态基体表面，进而制得多晶或单晶钻石。
人工合成钻石市场现状
市场规模：随着技术的不断进步和市场需求的增加，人工合成钻石市场规模逐渐扩大。据统计，2020 年全球 CVD 钻石产值已达 158.75 亿美元。
据记者从吉林大学获悉，该校刘冰冰教授、姚明光教授团队联合中山大学朱升财教授，发现高温高压下石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径，并首次合成了高质量、近纯的六方金刚石块体材料，其硬度高出立方金刚石，并具有良好的热稳定性。相关研究成果发表于国际学术期刊《自然·材料》。
1967年，美国科学家在陨石坑中发现了一种珍稀的“超级钻石”，因其具有六方晶体结构、共生于陨石之中且更为坚硬而备受关注。但人工合成纯相六方金刚石却是长期未能攻破的科学难题。
此前有研究提出一种石墨到立方金刚石转变的新机制，发现sp3碳高压相结构的形成是重要因素。团队受到启发——在探索六方金刚石的人工合成时，高压相结构很可能是关键所在。
为此团队设计了高温高压实验，利用激光加温金刚石对顶砧技术，原位研究了石墨在50吉帕超高压高温下的结构变化规律。他们发现石墨在高压力区间会形成后石墨相高压结构，再通过局部加热，便成功获得了六方金刚石。
研究表明，人工合成六方金刚石具有出色的物理性质，硬度超过天然金刚石40%；真空环境下热稳定性可以达到1100℃，优于纳米金刚石的900℃。团队进一步结合大尺度分子动力学理论模拟，揭示石墨层堆叠构型对形成六方金刚石结构的关键作用，证实了石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径。
该成果提供了一种人工合成纯相六方金刚石的有效途径，为超硬材料和新型碳材料添加了性能更为优异的新成员，对深入了解陨石中钻石的具体来源和重大地质事件也有重要意义。
文章来源：科技日报
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