室温下的钻石形成

2020年11月，发表了一篇文章，报告了对《中国人民大学学报》的综合分析。 a 在室温下的纳米晶金刚石和朗斯代尔石，直到今天还被认为是不可能完成的事情。

该合成是在80GPa的压力下从一个非结晶碳样品前体进行的。这只有在高压和剪切应力下才有可能，这两者 "对促进相的形成很重要，因为它可以帮助克服动力学障碍"。根据该文章的说法。

研究的结果在于使用一种非常常见的电子显微镜技术，该技术在晶体学中相当常用，而晶体学是研究晶体固体中原子排列的实验领域，在本文中，钻石和朗斯代尔石就是如此。

钻石，这块小小的（或不小的）、珍贵的闪亮的岩石，不仅是昂贵的珠宝，它也是一种极其重要的材料，因为它的特性，使它可以在正常和极端的环境中使用。

一些有用的特性是，极端的硬度，高热传导性，它也可用于生物医学应用，等等。

朗斯代尔石是一种类似钻石的材料，与钻石相比，其晶体结构差别不大，而钻石具有 立体晶体结构 有一个四面体结合的碳，Lonsdaleite有一个 六角形晶体结构，是一种不太常见的重排形式。

大多数关于金刚石合成的研究报告称，需要两种激发形式来超越材料相变的高动力学障碍。

通常在实验室内采用高压和高温来合成金刚石和龙须石。

今天，科学家们有一个图表，显示了一些材料基于温度和压力的物理状态，称为 相位图。非常著名和 对科学家来说，这是一个有用的指导工具，可以知道达到某种特定状态（如固态、液态或气态）需要什么温度和压力。在碳原子中，石墨和钻石是固体状态的两个例子。

如果你看一下碳图在这篇文章中，我们可以看到，钻石状态可以在2GPa压力以上的室温下实现，但在现实中，还需要考虑其他因素，这些因素会导致最终结果的巨大差异。文章中提到的这些因素之一是 剪切应力.

剪切应力被称为平行层相互滑动的过程。一个非常简单的例子是，当你把你的手放在一起，并开始在另一个上滑动--比如当你感到冷，想让你的手暖和起来--这种运动在手上或所使用的材料中产生剪切应力。

剪切应力可以促进材料的相变。在不考虑温度的情况下，剪切应力变成了 "钻石可以在比以前认为的更广泛的环境中形成 "的一个重要组成部分，但还需要更多的研究来证实剪切应力的影响。龙须石的形成也与剪切应力有关。

为了在室温下生产金刚石和朗斯代尔石，科学家们将玻璃碳样品置于80×10的压力之下⁹爸--那是很大的压力，比你在大学里接受常规测试时感到的压力大得多、多得多。

这个数字相当于近80万个大气层的压力--我们只生活在一个大气层之下。

科学家们通过三种不同类型的电子显微镜技术分析了样品结果。拉曼光谱，X射线衍射，和TEM（透射电子显微镜）。让我们逐一来看看。

ǞǞǞ 拉曼光谱学 是一种提供特定材料的结构指纹的技术，使用分子的振动模式.

样品材料与单色光--通常是激光--相互作用，以非弹性散射的方式吸收和发射光子，换句话说，样品的分子振动吸收了一些光子，吸收的数量与发射的数量不同。

这种差异被检测出来，最后的结果使科学家能够得到样品的结构信息。

X射线衍射 技术涉及使用电子束而不是单色光。凭借晶体结构的原子排列模式，当X射线束到达样品时，它在许多不同的角度和方向上衍射。

科学家们可以测量这些角度和衍射光束的强度，将数据转化为带有原子在晶体中位置的三维图片。

ǞǞǞ TEM, 透射电子显微镜 是一种使用电子束而不是光的显微镜技术，也是X射线衍射技术。

样品被暴露在光束下，光束穿过它，在荧光检测器的帮助下产生一个图像。

这种技术需要在网格上进行样品制备，由于样品损失，在分析过程中被破坏，所以被称为逃避性技术。

在尝试生产钻石之后，研究人员通过拉曼发现，这些样品只由石墨材料组成。

然而，X射线衍射图案显示了不同的结果，证明了龙须石（12%）、金刚石（3%）和石墨（85%）的存在。

这些不同的结果是由每种技术的差异解释的。拉曼技术只能够分析材料的表面，而X射线衍射技术可以穿过样品的整个厚度。

总的来说，这一结果证明，像钻石这样的硬质材料的形成，不仅是压力和温度的结果。

而其他因素可以诱发材料的形成，如剪切应力或科学甚至还不知道的因素。

也许在未来，当这种压缩技术更好地确立了自己的地位，使钻石的生产成本降低时，科学将能够充分地利用这种材料。

_____

你是否已经是一个 Mind the Graph 用户？如果你不知道，你可以开始就是现在!你也可以点击这里查看我们的科学插图库，你不需要从头开始你的项目!

室温下钻石的形成和电子分析