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澳洲團隊成功於室溫快速製鑽石 降工業應用成本

2020/11/20 — 22:32

鑽石可能恆久遠,但並不代表鑽石的製造一定千載難逢。最新刊於 Small  的研究指,成功在室溫下短時間內合成出兩種鑽石結構,可增加鑽石的科學應用。

該團隊指,雖然鑽石製造時間與溫度都大大縮減,但仍然需要使用 800 億帕斯卡 (pascal) 的壓力鑽石才可形成;團隊形容該壓力猶如 640 隻非洲象以芭蕾舞鞋尖上保持平衡。

是次研究中,團隊製造出兩種結構不同的鑽石,一種類似於珠寶中常見的,另一種則有被稱為藍絲黛爾石 (Lonsdaleite) 的結構。藍絲黛爾石能天然存在於隕石撞擊的地點,並且比大多數鑽石堅硬 58% 。鑽石與藍絲黛爾石均只含碳原子,但前者有正八面體晶體結構,後者則為立方的六方晶格。

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圖左為鑽石結構,右為藍絲黛爾石結構
Credit: McCulloch, D. & Bradby, J. via The Conversation

圖左為鑽石結構,右為藍絲黛爾石結構
Credit: McCulloch, D. & Bradby, J. via The Conversation

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事實上,人工製造的合成鑽石概念本身並不新鮮,自 1950 年代以來已成功在實驗室中以高溫高壓以及化學氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition) 兩種方法生產,當時目的是尋找更便宜、合乎道德和更環保的鑽石,

參與研究的澳洲國立大學物理學教授 Jodie Bradby 指,天然鑽石要形成需時數十億年,並在地球深處約 150 公里、有巨大壓力的位置出現,而該些地方的溫度均超過 1,000°C ,所以為了在實驗室室溫下製造鑽石,團隊對石墨狀碳片施加了巨大壓力以產生「扭曲或滑動力」,令碳原子移動到適合的位置形成鑽石或藍絲黛爾石微粒。

對比製造到鑽石,團隊對於製造到藍絲黛爾石更為興奮,因為該種礦物有潛力用於採礦場中,以破開「超固體 (ultra solid) 」材料,並可作為保護塗層,以及有其他工業用途。

不過,距商業應用方法大量製造藍絲黛爾石仍有一段時間。團隊指,未來的研究將會減低室溫下兩種鑽石所需的壓力,以更快、更便宜地製造鑽石。

來源:
CNN, Scientists create diamonds at room temperature in minutes, 20 November 2020
The Conversation, We created diamonds in mere minutes, without heat — by mimicking the force of an asteroid collision, 19 November 2020

報告:
McCulloch, D.G., Wong, S., Shiell, T.B. & et al. (2020). Investigation of Room Temperature Formation of the Ultra‐Hard Nanocarbons Diamond and Lonsdaleite. Small 2020, 2004695. doi: 10.1002/smll.202004695

文/Alan Chiu

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