凭借突破性的新工艺，科学家在 15 分钟内从头开始培育钻石

科学家们使用了一种新技术，在正常大气压下合成钻石，无需起始宝石，这可以使珍贵的宝石更容易在实验室中生长。

科学家们使用了一种新技术，在正常大气压下合成钻石，无需起始宝石，这可以使珍贵的宝石更容易在实验室中生长。     

天然钻石形成于地幔中，这是埋藏在地球表面以下数百英里的熔融区域。该过程发生在数千兆帕的巨大压力和超过 2,700 华氏度（1,500 摄氏度）的灼热温度下。

目前99%的人造钻石的合成方法都采用了类似的条件。这种方法称为高压高温 (HPHT) 生长，它使用这些极端设置来诱导溶解在铁等液态金属中的碳，将其转化为小晶种或起始钻石周围的钻石。 

然而，高压和高温很难产生和维持。另外，所涉及的成分会影响钻石的大小，最大的约为一立方厘米，或者大约有蓝莓那么大。此外，即使是这些微小的宝石，高温高压也需要相当长的时间（一两周）才能生产出来。另一种方法称为化学气相沉积，它消除了 HPHT 的一些要求，例如高压。但其他一些因素仍然存在，比如对种子的需求。

新技术消除了两种合成工艺的一些缺点。韩国基础科学研究所物理化学家Rodney Ruoff领导的团队于 4 月 24 日在《自然》杂志上发表了他们的发现。 

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金刚石坩埚

这种新颖的方法酝酿了很长时间。 “十多年来，我一直在思考种植钻石的新方法，因为我认为可能以意想不到的（按照‘传统’思维）方式实现这一目标，”鲁夫通过电子邮件告诉《生活科学》。

首先，研究人员在石墨坩埚中使用电加热镓和少量硅。镓似乎是一种深奥的元素，但之所以选择它，是因为之前一项不相关的研究表明，它可以催化甲烷形成石墨烯。石墨烯与钻石一样，是纯碳，但它包含一层原子，而不是宝石的四面体取向。 

研究人员将坩埚安置在一个保持在海平面大气压下的自制室中，通过该室可以冲洗超热的富含碳的甲烷气体。这个 2.4 加仑（9 升）的室由基础科学研究所的合著者 Won Kyung Seong 设计，只需 15 分钟即可准备好进行实验，使团队能够快速进行不同浓度金属和气体的运行。 

通过这样的调整，研究人员发现镓镍铁混合物加上少量硅是催化钻石生长的最佳选择。事实上，通过这种混合，该团队仅 15 分钟后就从坩埚底部获得了钻石。两个半小时内，形成了更完整的金刚石薄膜。光谱分析表明，该薄膜基本上是纯净的，但含有一些硅原子。

形成钻石的机制的细节仍然很模糊，但研究人员认为，温度下降会将碳从甲烷中推向坩埚中心，在那里凝结成钻石。另外，如果没有硅，就不会形成钻石，因此研究人员认为它可能充当碳在周围结晶的种子。 

然而，新方法也有其自身的挑战。一个问题是用这种技术生长的钻石很小；最大的颗粒比高温高压种植的颗粒小数十万倍。  这使得它们太小而无法用作珠宝。

使用新技术合成的钻石的其他潜在用途（例如，在抛光和钻孔等更多技术应用中）尚不清楚。然而，鲁夫说，由于该过程涉及低压，因此可能会显着扩大钻石合成规模。 

“大约一两年后，世界可能会对可能的商业影响等事情有更清晰的了解，”他补充道。