中國科學家“種”出大鉆石,現在下載,新用戶還送新人禮包,

關于鉆石，種有一句幾乎家喻戶曉的中國廣告語：“鉆石恒久遠，一顆永流傳。科學”鉆石作為一種非常名貴的家出首飾，象征著純潔的大鉆愛情。

從甲烷氣體中分裂出的種碳原子沉積在“種子鉆石”上，生長速度可達每小時0.007毫米，中國按照這個速度，科學一星期就可以“培育”出一顆1克拉大小的家出鉆石，可以說又大又便宜。大鉆

近日，種在“中國科學院寧波材料技術與工程研究所科技創新創業匯報會”上，中國一項重要的科學科研成果吸引了媒體的目光，連中央電視臺財經頻道都對這項技術進行了報道。家出是大鉆什么成果這么受關注？原來這項技術與錢有關——這次公布的是一種人造鉆石的技術。

晶瑩剔透的鉆石，和石墨的成分并無二致

關于鉆石，有一句幾乎家喻戶曉的廣告語：“鉆石恒久遠，一顆永流傳。”鉆石作為一種非常名貴的首飾，象征著純潔的愛情。

但從物理學的角度來說，鉆石是一種碳單質晶體，其成分和煤炭、石墨并無二致。不過，雖然我們生活中看到的煤炭、石墨都是黑色的，但鉆石卻一點也不黑，它是透明的。這是因為鉆石作為一種晶體，其內部的電子有一種特殊的能帶結構，這種結構決定了它不會吸收可見光的能量，因此可見光可以穿過整個鉆石，使得鉆石呈現出透明的性質。

鉆石的這種晶瑩剔透的特性，加上它的堅硬，以及稀有性，于是在生活中成了一種定情信物，得到了大量女性的青睞。

但它的本質還是碳原子，和鉛筆芯中的石墨一樣，沒什么稀奇的。只不過在石墨中，碳原子的排列結構是一種平面結構；而在鉆石中，碳原子的排列結構是一種四面體結構。這使得它們一個軟、一個硬，一個黑、一個透明。

那么，鉆石的這種結構，在自然界中是如何形成的呢？

高溫高壓的環境，形成天然的鉆石

天然的鉆石一般是在火山爆發的過程中來到地球表面的，一開始它在地球深處的高溫高壓環境下形成，然后被巖漿帶到地球的表面。大部分鉆石的形成時間差不多與地球的年紀一樣古老。比如南非出土的一些鉆石年齡都有45億年左右，而地球的年齡也只有46億年。這說明這些鉆石在地球誕生后不久便開始在地球深處結晶。

另外，當隕石撞擊地面時，瞬間產生的高溫高壓，也有利于鉆石的形成。

正因為天然鉆石是在自然環境中形成的，所以在它形成的過程中，經常會有其他的元素混雜進來，這些雜質元素改變了鉆石的能帶結構，使得有些天然鉆石呈現出特定的顏色。含不同雜質的鉆石顏色也不相同，比如有的鉆石有一點點粉紅色，有的鉆石有一點天藍色，還有的鉆石呈淺黃或金黃色。

在自然界中，98%的鉆石都是含氮元素較多（0.1-0.3%）的鉆石（稱為Ia型鉆石），剩下的是含氮較少（稱為Ib型）或不含氮（稱為II型）的鉆石。

而人造鉆石一般都是Ib型鉆石或者II型鉆石，也就是含氮較少或不含氮的鉆石。

用簡單實驗方法，造出“又大又便宜”的鉆石

最近，中國科學院寧波材料技術與工程研究所功能碳素材料實驗室的研究團隊，在實驗室僅花了一周時間就培育出了大鉆石，這項技術引起了媒體的關注。因為用該技術培育的鉆石成本只有市場價格的1/6。

那么，這種人造鉆石是怎么造出來的呢？

首先，人造鉆石不需要像天然鉆石那樣在地球內部的高溫高壓條件下產生，也不需要火山噴發或者隕石撞地球這樣的極端事件。它是在地面實驗室中的溫和環境下長出來的，其本質就是普通的晶體生長方法，稱為“化學氣相沉淀法”（簡稱CVD方法），英文全稱Chemical Vapor Deposition。

它的操作過程是以一小塊鉆石作為母石（“種子鉆石”）放進反應爐中，然后在反應爐中充滿甲烷，隨后通電。之后甲烷分子被電離，形成等離子體。這個等離子體中包含了大量碳原子，它們像下雨一樣不斷累積到鉆石母晶上，經過一層層累積，最后就形成了由純碳原子組成的人造鉆石。

從甲烷氣體中分裂出的碳原子沉積在“種子鉆石”上，生長速度可以達到每小時0.007毫米。按照這個速度，在實驗室環境下，一星期就可以“培育”出一顆1克拉大小的鉆石，效率是比較高的。這種方法可以把鉆石做到10克拉的大小，整個過程出品的鉆石可謂“又大又便宜”。

人造鉆石 vs 天然鉆石，并沒有什么區別

雖然人造鉆石與天然鉆石基本沒什么區別，但因為心理原因，有大量的鉆石消費者認為人造鉆石不是“真正的鉆石”。很多人寧愿花大價錢去買天然鉆石，也不愿意花更少的錢去買人造鉆石，這是因為他們內心深處覺得“人造鉆石是廉價品”，——這會讓他們的愛情打折扣。

但是，問題的關鍵在于，一般人很難用肉眼分辨出人造鉆石與天然鉆石的區別。實際上這兩種鉆石的區別很小，連用科學儀器都很難分辨。一般情況下，可以用X射線熒光光譜儀等設備對鉆石進行檢測，但目前并不存在一個固定的判據可以區別出人造鉆石與天然鉆石，所以這種檢測其實也只能給出一些參考性的意見。

而且，除了可以制成各類鉆石飾品外，鉆石還可用于制造激光器、雷達等精密儀器，甚至在物理研究中也經常用到鉆石，比如最近美國的物理學家在研究高溫超導材料的時候，為了得到幾百萬個大氣壓的壓強，就用兩塊鉆石相互對頂來產生巨大的壓力。所以，就算不是用于制造奢侈品，人造鉆石降低了鉆石的價格，對于工業、科研中的應用也是非常有利的。

作者 | 張華 北京師范大學物理系碩士

審稿 | 趙崢 北京師范大學物理系教授

責編 | 高佩雯