戴比尔斯近日推出由化学气相沉积法制备出的人工钻石

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2018-07-27 18:40:12

世界上最大的钻石公司戴比尔斯(de beers)近日宣布他们开始陆续推出人造合成钻石,这是公司成立130年以来首次对人造钻石进行售卖。其实人造钻石早在20世纪50年代就已经制造出来了,但是戴比尔斯长期以来一直抵制它进入人造市场。今时不同往日,现在该公司认为当前的技术条件已经非常成熟足以大规模量产高质量的人造钻石。令人好奇的是,人造钻石到底是怎么制备出来的呢? 钻石作为一种外形晶莹剔透但又璀璨夺目的宝石而被人们视为珍宝。钻石摸起来手感冰冰冷冷的,同时它还是所有材料中最坚硬的一种。当然,所有的这些属性都取决于金刚石晶体内原子的规则排列而且所有的原子都是同种原子――碳原子。 这种晶体内的原子排列中会存在微小缺陷,无论是原子偏离振点,原子缺失或存在不同元素原子,都会导致钻石颜色发生巨大变化。例如,在每个原子中用一个氮原子替换一个碳原子就会使透明的宝石变成棕色。 想要碳原子的排列成这种完美的晶体结构而得到纯粹的钻石是相当不容易的。需要说明一点,钻石还不能在地表自然地生成,因为在地表环境下的碳原子排列更倾向于形成石墨的晶体(石墨是一种黑色质地很软的材料,常用来作铅笔笔芯)。而且在这种地表环境下,碳原子也容易倾向于附着在其他原子上,例如氧和氢。这就意味着即使制造纯石墨晶体也是非常困难的。

天然钻石是由生成元素(碳)在地球深处高温,高压的条件下形成的。这些钻石再经数百万年才会由地球内部运到地球表面上,因此天然钻石是一种非常稀有的物质。而实验室制造的第一批人造钻石则是通过在大型机器中模拟这些条件而制造的,并且当前仍然用这种方式生产一些切割工具头上嵌入的小钻石。 目前,也可以利用甲烷一次生长出一层又一层的碳原子,从而制造出高质量的人造金刚石晶体。通过使用热等离子体从超净容器中除去甲烷分子中的氢便可实现此过程。之后所有的碳都被迫生长成钻石晶体,而不是生成石墨、石墨烯或巴克敏斯特富勒烯之间的一种。(当然,除非你想让这些完全不同的材料结合在一起)。 当前,所面临的难题是使用这一种方式(化学气相沉积法cvd)制备人工钻石到底划不划算。德比尔斯公司现在相信他们的已经克服了这个问题,并在计划在英国阿斯科特和美国新钻石工厂扩大生产规模。 控制这些晶体的纯度也对钻石的应用开辟了全新的机遇。例如,每个原子杂质都可以作为一个微小的火炬,它可以产生一个光粒子,这样就不会受晶体中邻近原子的干涉。而且这种特性可以用来存储一个特殊的“量子”计算机的一个比特信息。再或者,杂质硼以及生产价值较高的深蓝色或黑色钻石,都可以用来制造导电钻石。在诸如太空环境等极端条件下可作为硅或金属的替代材料。 每颗天然钻石身上都拥有一条独特的历史痕迹。通过使用最新的仪器对其进行检查,就有可能追溯其来源。当然,人造钻石也携带着这一信息,并且它们在紫外线下发光的方式有差异,故经常使用这种方式来区别天然宝石和人造宝石。所以即使钻石的完美能迷惑住人类的双眼,但它们的微小瑕疵也总是在那里显露出它们隐藏的历史和个性。
文章来自rg,原文题目为:de beers to sell synthetic diamonds―here\'s how they\'re made,由材料科技在线汇总整理。