二氧化碳变钻石
钻石向来是宝石界的老大,除了象征爱情之外,由于其特有的硬度和高折射率,在加工和光学上也有广泛的应用。然而由于天然藏量不丰,人们一直致力于人工制造钻石的研究上。在七月底的JACS上,合肥中国科学技术大学的Zhengsong Lou等人发表了利用二氧化碳制造高品质钻石的方法。
传统的方法中,须使用极高的温度及压力,甚至是利用TNT炸药的威力来制造钻石;另一些方法可不使用如此高的压力,例如化学气相沉积或是以钠还原四氯化碳等,但生制出的钻石颗粒极小,多在1μm以下,应用价值较低。
在新发表的方法中,Zhengsong Lou等人使用安全无毒的二氧化碳作为碳的来源,并使用金属钠作为还原剂;实验的条件设定在摄氏440度800大气压,在这样的条件下二氧化碳会形成超流体,极性增加,有助于吸附在钠的表面,加速电子自钠传递至二氧化碳的过程。在12小时之后,约有16.2%的二氧化碳被还原为钻石和石墨,钻石则占8.9%。X光绕射光谱及拉曼光谱的结果证实了生成的是高品质的钻石结晶。
电子显微镜下可以清楚看到所生成的钻石结晶,大小约在数十到100μm,最大者可达到250μm。实验还发现,当温度降低至400度时,即没有钻石的生成,当压力下降时,生成物也主要以石墨为主;另外,此反应在一低压进行,甚至低于热力学容许钻石生成的压力下限,详细的原因以及反应机构仍待进一步的研究。
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