地球上的钻石供应是通过四种不同的工艺生产出来的。
其中一个用了一百万年才取得成果。接下来的两个过程自 20 世纪 50 年代以来一直在实验室和工厂中进行。但直到本月,人类才复制了最后一个过程--一个不使用热量,但模仿小行星碰撞力的过程。
让我们通过回顾前三种方法,来学习最后一种编队方法。
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1.自然俯冲

地球上绝大多数的钻石都是在 10 多亿年前,在地表下 100 多英里处通过自然俯冲过程形成的。要描述俯冲过程,可以想象构造板块相互摩擦,势不可挡地向前推进,直到其中一块板块被另一块板块逼迫向下屈服,最终被迫进入地幔。这场大陆之战创造了难以想象的温度和压力条件。俯冲带的热量和压力使地球上的天然碳碎片结晶成钻石。
2.高压高温(HPHT)

从本质上讲,HPHT 复制了钻石因俯冲作用而形成的自然条件。碳源、钻石种子和金属催化剂被放入一个小孔中。然后将其放入一个巨大的机械压力机中,在接近 1500 摄氏度的高温和巨大的压力下进行加热。熔化的金属溶解了碳,碳通过熔剂,迁移到金刚石种子上,长出更大的金刚石。
3.化学气相沉积(CVD)

CVD 工艺从等离子体中释放碳原子。它包括在真空中将碳氢化合物气体过热至近 1000 摄氏度,此时碳原子开始脱离其分子键。这些原子降落到先前生长过的 HPHT 合成金刚石的平面晶片上,并垂直分层生长。在珠宝应用中,基底是方形的,但在其他用途中,基底也可以是不同的。
4.地外钻石

位于西伯利亚的波皮盖火山口在发现钻石后,多年来一直被列为禁区。原来,这些钻石是由陨石坠落地球时的冲击压力产生的。陨石撞击半径 8.5 英里内的石墨瞬间变成了钻石。大多数钻石的直径在 0.5 到 2.00 毫米之间,虽然不是宝石级的,但它们是工业用钻石,比普通钻石的硬度高出 58%。

由于其硬度和六方晶体结构(与普通钻石的立方体结构不同),这种钻石被称为隆斯戴尔石(Lonsdaleite),以爱尔兰晶体学家、英国皇家学会会员凯瑟琳-隆斯戴尔(Kathleen Lonsdale)的名字命名。
人造朗斯代尔石
皇家墨尔本理工大学教授 Dougal McCulloch 和澳大利亚国立大学物理学教授 Jodie Bradby 正在努力复制使地外钻石成为可能的条件。
摘自 The Conversation.com,2020 年 11 月 18 日:
在我们的工作中,我们设计了一个实验,让一小块类石墨碳片承受极大的剪切力和高压,以促进金刚石的形成。与以往这方面的大多数工作不同的是,在压缩过程中没有对碳样品进行额外加热。利用先进的电子显微镜(一种用于捕捉高分辨率图像的技术),我们发现样品中同时含有普通金刚石和龙氏石。在这种前所未见的排列中,一条细细的金刚石 "河"(比人的头发小约 200 倍)被龙鳞石的 "海 "所包围。

巨大的压力
根据麦卡洛和布拉德比的研究,在室温下形成钻石的最低压力为 80 GPa(千兆帕),相当于一只芭蕾舞鞋尖上顶着 640 头非洲大象。这与刺激天然钻石生长或催化高温热处理合成所需的 5-7 GPa 相比,是一个极大的飞跃,这也解释了为什么这些结果发生在如此微观的尺度上。
不过,这是一个起点。而且,加速变化的原理表明,我们可能会很快看到人造龙斯达利特的有意义的发展。对于那些雄心勃勃的科研机构来说,要想在技术上保持领先,就意味着......等等......压力山大。