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! 

标志-订阅

订阅我们的通讯

关于有效视觉的独家高质量内容
科学中的交流。

- 独家指南
- 设计提示
- 科学新闻和趋势
- 教程和模板