科學家用150分鐘培育出鑽石

天然鑽石需要數十億年才能形成在極端壓力和溫度下地下深處，合成形式的生產速度要快得多，但它們通常仍需要長達數周的強烈擠壓。然而，科學家研發一種基於液態金屬混合物的新方法可以在幾分鐘內彈出人造鑽石，而不需要巨大的擠壓。

雖然仍然需要1025°C（或1877°F）的高溫，但在一百五十分鐘內，在一個大氣壓（或標準大氣單位）下，形成了連續的金剛石膜。這相當於我們在海平面上感受到的壓力，比通常需要的壓力低數萬倍。

由韓國基礎科學研究所的研究人員領導的創新方法背後的團隊相信，這一過程可以擴大規模，在合成鑽石的生產中產生重大影響。將碳溶解到液態金屬中來製造鑽石並不是一件新鮮事。例如，通用電氣在半個世紀前開發了一種使用熔融硫化鐵的工藝。但這些過程仍然需要五至六千兆帕的壓力和鑽石“種子”來附着碳。

研究人員在他們發表的論文中寫道：“我們發現了一種使用液態金屬合金在一大氣壓、中等溫度下生長鑽石的方法。”

壓力的降低是通過使用液態金屬的精心混合來實現的：鎵、鐵、鎳和矽。在石墨外殼內安裝了一個定製的真空系統，當金屬暴露在甲烷和氫氣的混合物中時，它可以非常快速地加熱，然後冷卻金屬。

這些條件導致甲烷中的碳原子擴散到熔化的金屬中，作為鑽石的種子。僅僅十五分鐘後，鑽石晶體的小碎片就從表面下的液態金屬中擠出來，而兩個半小時的曝光產生了連續的鑽石膜。

研究人員寫道：“我們認為，通過使用更大的表面或介面，通過配置加熱元件以實現更大的潛在生長區域，以及通過以一些新的方式將碳分佈到金剛石生長區域，直接的修改可以使金剛石在很大的面積上生長。”

這些修改需要時間，對這一過程的研究仍處於非常早期的階段，但這項新研究的作者認為它有很大的潛力——其他液態金屬可以被納入，以獲得類似甚至更好的結果。

儘管取得了重大突破，晶體的直徑仍然只有一百奈米——大約是典型病毒的大小——但研究人員相信他們將能夠改進他們的方法，最終創造出更大的鑽石。

研究人員說，世界各地的許多實驗室都將開始進行研究，如果他的預測成為現實，這可能會徹底改變已經不斷擴張的實驗室培育鑽石產業。二○一五年，實驗室培育鑽石僅佔全球銷售額的不到百分之一，但到去年底這一數字躍升至約百分之二十。這可能是對價格下降的回應，實驗室生產的鑽石的價格只是人們購買自然生產的鑽石的一小部分。

目前，用於製造大多數人造鑽石的工藝（用於各種工業過程，電子產品甚至量子電腦）需要幾天時間並且需要更多的壓力。如果這項新技術發揮了它的潛力，製造鑽石將變得更快、更容易。

研究人員寫道：“使用液態金屬的一般方法可以加速和推進鑽石在各種表面上的生長，也許還可以促進鑽石在小鑽石（種子）顆粒上的生長。”

這項研究發表在《自然》雜誌上。

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