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在室温下在几分钟内产生的钻石

经过|11月20日,2020年

一项新的研究发现钻石实际上可以在室温下形成右压力。

图片来源:在上面

钻石在世界各地都是人们梦寐以求的东西,它是在数十亿年的极端温度和压力下在地幔中自然形成的。现在,来自澳大利亚国立大学(ANU)和皇家墨尔本理工大学(RMIT)的一个科学家小组报告了一种方法,可以在室温下几分钟内制造出这种宝石。

戴着美容,钻石是非常有用的材料 - 特别是在技术领域内 - 由于它们的极端硬度,高导热性和量子光学性能。为了克服其可用性和成本的问题,第一个合成钻石在20世纪50年代初生产用于工业用途。

虽然这是一种更快的获得宝石的方法,但这些合成过程仍然需要高压和高温将元素碳转化为结晶金刚石;这是因为克服碳物质相之间的高动力学势垒所需的能量是非常高的。

在他们最近发表的研究中由Dougal G. McCulloch教授领导的研究小组报告了在室温80 GPa的压力下,纳米金刚石和六方晶结构碳的一种少见的形式六方晶结构的形成。这是一个很大的改进,因为大多数程序需要大约1400°C的温度。

“扭转”来自于施加压力的方式。以玻璃碳为前驱体材料,在室温下在金刚石砧室中压缩。玻璃碳是碳的一种非晶态形式,像石墨一样,它主要以sp2与石墨不同的是,粘结层包含随机堆积和定向层,形成不透明的各向同性材料,”他们说。

利用透射电子显微镜(TEM),研究人员分析了从这些细胞中提取的完整样本,他们说,这使他们能够更全面地了解恢复的材料中存在的相之间的性质和关系。他们写道:“这类似于取样岩芯而不是破碎的粉末样品,并允许我们研究在金刚石砧单元中存在的晶体相排列和非均匀应力场之间的原子水平关系。”

压缩玻璃碳并分析样品后,观察到三个不同的碳相:石墨,金刚石和六方碳。

“通常认为钻石和扁葡萄酒通过不同的变形途径形成,涉及石墨烯层的滑动以实现适当的堆叠,因为将层压在一起时,”作者说。通过加热样品以最小化相位之间存在的动力学阻隔,通常可以实现所需的原子原子的位移通常通过加热。

在他们的样品中,纳米晶金刚石和lonsdalite脉的存在——奇迹般地在没有加热的情况下获得——只能用高压和剪切应变的存在来解释,这导致了扭转和滑动力,有助于克服相变的动力学障碍。

“我们预计,我们对碳中剪切诱导的相变的观察在材料科学、地质学和行星科学等一系列领域具有广泛的意义,在这些领域中,这种机制可能会导致其他固体中的相变,”作者总结道。这也暗示了在地球和其他星球上钻石可能被发现的地方,因为它的形成条件变得更广泛了。

参考:Dougal G. McCulloch等等,超硬纳米碳金刚石和lonsdalite的室温形成研究,小(2020)。DOI:10.1002 / smll.202004695