超硬材料網(wǎng)

鉆石往往“藏身”于地球深處約150公里處，在極高的壓力和超過1000℃的環(huán)境下，經(jīng)過數(shù)十億年才能形成。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)18日消息，由澳大利亞國立大學(xué)和皇家墨爾本理工大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組表明，只要施加高壓，在室溫下的實驗室中就能在幾分鐘內(nèi)制造出類似訂婚戒指上的鉆石——普通金剛石和藍(lán)絲黛爾石。

從未見過的排列

澳大利亞國立大學(xué)物理研究學(xué)院的布拉德比教授稱，他們設(shè)計了一種實驗，在實驗中，一小片類似石墨的碳經(jīng)受極高的剪切力和高壓，從而促進(jìn)金剛石的形成。

與以前工作不同，研究人員在壓縮過程中沒有對碳樣品施加額外的高溫。他們使用先進(jìn)的電子顯微鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)，所得樣品中既含有規(guī)則的鉆石又含有藍(lán)絲黛爾石。

在這種從未見過的排列中，研究人員看到，一塊薄薄的鉆石“河”（比人的頭發(fā)小約200倍）被藍(lán)絲黛爾石“海”所包圍。該排列結(jié)構(gòu)讓人想起其他材料中觀察到的“剪切帶”，其中狹窄的區(qū)域會受到強(qiáng)烈的局部應(yīng)變。這表明剪切力是在室溫下形成這些金剛石的關(guān)鍵。

鉆石不止有一種

碳原子可以通過多種方式結(jié)合在一起，形成不同的材料，包括柔軟的黑色石墨和堅硬的透明金剛石。眾所周知的石墨烯就是有史以來最薄的材料。事實上，還有不止一種碳基材料具有類似鉆石的黏結(jié)。

在普通金剛石中，原子排列成立方晶體結(jié)構(gòu)。但是這些碳原子也可通過排列形成六方晶體結(jié)構(gòu)。這種不同形式的鉆石稱為藍(lán)絲黛爾石——以愛爾蘭晶體學(xué)家和英國皇家學(xué)會凱瑟琳·藍(lán)絲黛爾的名字命名，因她使用X射線研究了碳的結(jié)構(gòu)。

藍(lán)絲黛爾石是在美國亞利桑那州的暗黑破壞神隕石坑遺址中自然發(fā)現(xiàn)的。此后，科學(xué)家在實驗室通過加熱和壓縮石墨(使用高壓壓力或炸藥)合成了微量的這種物質(zhì)。據(jù)預(yù)測，它比普通鉆石硬58％，而此前，普通鉆石已被認(rèn)為是地球上最硬的天然材料。

降低制造壓力仍是挑戰(zhàn)

在室溫下幾分鐘之內(nèi)就能制造出鉆石的能力開辟了許多制造業(yè)的可能性。

特別是，對于需要極硬材料的行業(yè)而言，用這種方法制造“比鉆石還硬”的藍(lán)絲黛爾石是令人振奮的消息。例如，用金剛石涂覆鉆頭和刀片，可延長這些工具的使用壽命。

研究人員稱其面臨的下一個挑戰(zhàn)是降低形成鉆石所需的壓力。在本次室溫條件下形成鉆石的過程中，施加的最低壓力是80千兆帕，這相當(dāng)于有640頭非洲大象的重量集中在一只芭蕾舞鞋尖上！而如果鉆石和藍(lán)絲黛爾石都能在較低的壓力下被制造出，就可以生產(chǎn)更多的鉆石，速度更快，且成本更低。