僅15分鐘，一顆鉆石出爐！

2024年4月24日，Nature發(fā)表一項重大突破，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種合成鉆石的方法，甚至不需要晶種，這項新技術(shù)就可以在正常大氣壓下合成鉆石，且只需15分鐘！據(jù)了解，這項技術(shù)由韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究院多維碳材料中心研究團隊發(fā)明。

團隊負責(zé)人Rodney Ruoff教授在接受livescience網(wǎng)采訪時表示， “這一開創(chuàng)性的突破是人類智慧、不懈努力和眾多合作者齊心協(xié)力的結(jié)果。十多年來，我一直在思考培育鉆石的新方法，因為我認為可能可以通過非傳統(tǒng)方式來實現(xiàn)這一目標?！毕嚓P(guān)研究成果以“Growth of diamond in liquid metal at 1 atm pressure”為題發(fā)表于Nature期刊！這也標志著鉆石生產(chǎn)技術(shù)的一大突破，為未來的工業(yè)應(yīng)用提供了更多可能性。

?鉆石恒久遠，一顆永流傳？??

鉆石恒久遠, 一顆永流傳！這句膾炙人口的廣告語你是否聽過？有人稱他為二十世紀最精彩的營銷騙局，也有人說，它的成功是現(xiàn)代營銷史上教科書般的經(jīng)典案例。不管如何評價，1949年，這一句廣告如同愛情爆炸一般，響徹全球，并且成功地把鉆石帶進了市場。

然而，近幾年，培育鉆石技術(shù)不斷成熟，價格更是腰斬，地位從神壇跌入民間，使其不再稀有，甚至你可以親手打造一個專屬鉆石。

一般來說，鉆石在地幔深處經(jīng)幾十億年高壓高溫環(huán)境方才形成，不過現(xiàn)在，有人只花15分鐘就合成出了鉆石。過去幾十年間，科學(xué)家在實驗室里合成鉆石的方法都基于對地幔環(huán)境的復(fù)制——利用巨大壓力和超高溫度來誘導(dǎo)碳轉(zhuǎn)變成鉆石。

這種方法被稱為高壓高溫生長（HPHT），不僅耗能且耗時（數(shù)周），而且產(chǎn)量有限。韓國基礎(chǔ)科學(xué)研究所的化學(xué)家Rodney Ruoff教授與同事開發(fā)出迥異于HPHT的新技術(shù)：他們無須復(fù)制地球內(nèi)部的熾熱熔爐，而以非常簡單的方式，在標準大氣壓下運行工藝；秘訣在于特制腔室和鎵的使用，鎵是一種催化甲烷形成石墨烯的金屬。??

15分鐘，一顆鉆石出爐

據(jù)了解，該團隊開發(fā)出來的這種新方法，是基于液態(tài)金屬混合物，能夠在幾分鐘之內(nèi)制造出鉆石，而且無需大力擠壓。即在1個大氣壓和中等溫度下，研究人員將富含碳的過熱甲烷氣體導(dǎo)入特殊腔室（9升），腔室內(nèi)有一個含鎵、鎳、鐵和少量硅等混合液態(tài)金屬合金的坩堝，在特制的石墨外殼真空系統(tǒng)中，混合液態(tài)金屬暴露于甲烷和氫氣的混合物時，能快速加熱并冷卻，從而降低所需壓力。

這種環(huán)境使得甲烷中的碳原子能夠滲透到熔化的金屬中，形成鉆石的“種子”。僅需15分鐘，金剛石沉積物便在坩堝底部形成。雖然新方法仍需要高溫環(huán)境，即大約1,025°C，但在常溫常壓（1個大氣壓）下，15分鐘后，鉆石晶體的小碎片就開始從液態(tài)金屬中擠出，僅需150分鐘，就能形成連續(xù)的金剛石薄膜。

值得一提的是，這種壓力條件與我們在海平面感受到的壓力相當(dāng)，遠低于傳統(tǒng)方法所需的數(shù)萬倍壓力。研究人員認為，雖然將碳溶解到液態(tài)金屬中以制造鉆石的方法并不新穎，例如通用電氣公司在半個世紀前就使用過熔融硫化鐵的工藝，但這些傳統(tǒng)方法仍然需要極高的壓力（5-6千兆帕）和一顆鉆石“種子”作為附著點。??

機制尚在研究中！這種方法或將改變鉆石行業(yè)格局！

盡管形成的晶體碳濃度在幾百納米的深度處有所降低，但合成的金剛石幾乎是純凈的碳單質(zhì)晶體，僅含少量雜質(zhì)硅原子。這一新方法的確切機制仍在研究中，Rodney Ruoff教授認為反應(yīng)腔室內(nèi)溫度下降會使碳濃縮，從而結(jié)晶得到金剛石。硅似乎在這個過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用——可能是助推金剛石晶體生長的晶種。不過，研究人員對此方法的未來也充滿了信心。

該研究團隊在計劃研究其他液態(tài)金屬合金和氣體，甚至是固態(tài)碳，希望能通過這些材料制造出鉆石。他們認為，通過一些簡單的調(diào)整，如配置加熱元件以利用更大的表面或界面，或者通過新的方式將碳分布到鉆石生長區(qū)域，可以實現(xiàn)在大面積上生長鉆石。

研究人員在論文中寫道：“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的生長，甚至可能在小鉆石（種子）顆粒上促進鉆石的生長?！边@項技術(shù)無疑為鉆石制造業(yè)帶來了新的曙光。目前，大多數(shù)合成鉆石的制造過程需要數(shù)天和更大的壓力，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)制造、電子產(chǎn)品甚至量子計算機中。如果這項新技術(shù)能夠發(fā)揮其潛力，鉆石行業(yè)的格局將改變！??