忘記數(shù)十億年：科學家在短短 150 分鐘內(nèi)就培育出鉆石

天然鉆石需要數(shù)十億年才能形成在極端壓力和溫度下地下深處.合成形式可以更快地生產(chǎn)，但它們通常仍然需要長達數(shù)周的強烈擠壓。

一種基于液態(tài)金屬混合物的新方法可以在幾分鐘內(nèi)彈出人造鉆石，而無需巨大的擠壓。

雖然仍然需要高溫，但在 1,025°C 或 1,877°F 范圍內(nèi)，在 150 分鐘內(nèi)在 1 個大氣壓（或標準大氣壓單位）下形成連續(xù)的金剛石膜。這相當于壓力我們感覺在海平面上，并且比通常所需的壓力低數(shù)萬倍。

由韓國基礎(chǔ)科學研究所（Institute for Basic Science）的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的創(chuàng)新方法背后的團隊相信，該工藝可以擴大規(guī)模，從而對合成鉆石的生產(chǎn)產(chǎn)生重大影響。

將碳溶解成液態(tài)金屬以制造金剛石并不是什么新鮮事。例如，通用電氣在半個世紀前開發(fā)了一種使用硫化鐵的工藝。

但這些過程仍然需要5–6 千兆帕以及一顆鉆石“種子”，供碳粘附。

“我們發(fā)現(xiàn)了一種使用液態(tài)金屬合金在 1 個大氣壓和中等溫度下生長鉆石的方法，”寫研究人員在他們發(fā)表的論文中。

壓力的降低是使用精心混合的液態(tài)金屬混合物實現(xiàn)的：鎵、鐵、鎳和硅。在石墨外殼內(nèi)構(gòu)建了一個定制的真空系統(tǒng)，以非?？焖俚丶訜崛缓罄鋮s金屬，同時將其暴露在甲烷和氫氣的組合中。

這些條件導(dǎo)致甲烷中的碳原子擴散到熔化的金屬中，成為鉆石的種子。僅僅 15 分鐘后，金剛石晶體的小碎片從表面下方的液態(tài)金屬中擠出，而兩個半小時的曝光產(chǎn)生了連續(xù)的金剛石薄膜。

盡管形成晶體的碳濃度在幾百納米的深度下降，但研究人員預(yù)計可以通過一些調(diào)整來改善該過程。

“我們認為，通過使用更大的表面或界面，通過配置加熱元件以實現(xiàn)更大的潛在生長區(qū)域，以及以一些新的方式將碳分布到鉆石生長區(qū)域，直接的修改可以在非常大的區(qū)域內(nèi)生長金剛石?！?a>寫研究人員。

這些修改將需要時間，對這一過程的研究仍處于非常早期的階段，但這項新研究的作者認為它有很大的潛力 - 并且可以加入其他液態(tài)金屬以獲得類似甚至更好的結(jié)果。

當前用于創(chuàng)建大多數(shù)合成鉆石– 用于各種工業(yè)過程、電子產(chǎn)品，甚至量子計算機– 需要幾天時間，需要更大的壓力。如果這項新技術(shù)發(fā)揮其潛力，鉆石的制造將變得更快、更容易。

“使用液態(tài)金屬的一般方法可以加速和促進鉆石在各種表面上的生長，并可能促進鉆石在小鉆石（種子）顆粒上的生長，”寫研究人員。

該研究已發(fā)表在自然界.

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