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△钻石和石墨的原子布局图 图片来历:https://www.baidu.com/
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既然钻石和石墨都是C元素的同素异性体,那有没有什么法子可以让他们酿成同样的布局呢?
谜底是"有" 。
就像水可以酿成冰一样,无非就是让C原子从头摆列一下 。 按照C的相图我们可以获得只要温度和压力节制在必然前提下,例如我们将压力节制在4.5~6.0GPa,温度在1100℃~1500℃,石墨就会酿成钻石 。
在触媒即催化剂的感化下,石墨转化为钻石的化学反映的速度加速,所需的温度和压力前提也会降低 。 化学反映就像是要穿越一片山区,原本需要先爬到山顶再下山才能经由过程,但插手了触媒之后,便如同打通了山底地道,使反映更轻易进行 。 今朝最常见的触媒为金属触媒,本家儿要有纯铁、纯铜和纯镁;合金触媒有镍基触媒(如镍锰、镍锰铜、镍钴锰等)和铁基触媒(如铁镍、铁钴、铁锰、铁镍钴、铁钴锰镍等;除此之外还有非金属触媒和超临界流体触媒等等[1] 。
稻草也能变"黄金"
钻石本家儿要分布在火山口,自然钻石源自地表下跨越160公里的处所,地球内部的高温高压情况给了它形当作的前提,3~4亿年前的火山爆发,把它们推到了地球概况,而那时连恐龙都还没有呈现 。 但因为火山口的钻石仍然十分稀少,钻石的价钱异常昂贵 。 然而跟着对钻石的追乞降热爱持续增添,布满聪明的人类毕竟找到了简单的方式制造人工合当作钻石 。 因为稻草燃烧后本家儿要当作分为碳,和钻石当作分不异,人们讥讽曰:稻草可变"黄金" 。
今朝人工合当作钻石的方式本家儿要有:化学气相沉积CVD法(Chemical Vapor Deposit)和高温高压HPHT法(High Pressure High Temperature)[2] 。 前者是化学气相沉积法沉积钻石,后者是经由过程高温高压的体例合当作钻石;CVD以出产大颗粒钻石为本家儿,HPHT本家儿要出产小碎钻 。
CVD法:以低分子碳氢化合物(CH4、C2H2、C6H6等)为原料所发生的气体与氢气夹杂(有的还插手氧气),在必然的前提下使碳氢化合物离解 。 在等离子态时,氢离子彼此连系当作的氢气被抽真空设备抽走,剩下的碳离子带正电荷 。 在钻石或非钻石(Si、SiO2、Al2O3、SiC、Cu等)的衬底上通负电,在电场的指导下,带正电荷的碳离子就会标的目的通负电的衬底移动,最后沉淀在衬底上,并按照钻石晶格发展纪律在衬底上发展出钻石 。 此中以钻石为衬底发展钻石的CVD方式也叫做外延发展法,它按照钻石籽晶的晶面参数不竭地聚积发展,故发展单晶钻石必需用CVD外延发展法 。
今朝经由过程CVD法合当作的钻石品质与自然钻石几无二致,肉眼难辨,仅仅可以经由过程不雅察其在短波紫外线下的磷光表示,与自然钻石区分进行简单的初步筛选 。
HPHT法:模拟地壳底下的高温高压情况,在高温高压下,将石墨融到融化了的金属触媒里面 。 将石墨与液态金属施压到必然的压力和晋升到必然的温度,例如:5.5万个大气压力,1400℃~2500℃,所有的石墨城市消融到熔融了的金属触媒中,并改变为跟自然钻石当作分与布局几乎一模一样的钻石 。
就是一些专业的判定尝试室也无法分辩HPHT钻石与自然钻石间的不同 。 最简单的体例是消费者在采办钻石时必然要索取宿世界权势巨子证书,IGI判定证书城市在证书上和钻石腰部注明该钻石颜色颠末HPHT处置,所以消费者在阅读证书时要寄望该字样 。
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