Stanford University
Diamonds

一个更好的方式来建立钻石

随着压力的适量和令人惊讶的热量很少,一种物质在化石燃料发现可以转化为金刚石泥。

通过乔西garthwaite
时钟2020年2月25日

这听起来像炼金术:取的白色粉尘一丛,在镶钻压力室挤压它,然后用激光鼓风它。打开密室,发现纯净的钻石内部的微观新斑点。

Diamond
金刚石晶体的样品从三联金刚烷合成,一种类型的类金刚石的。 (图片来源:sulgiye公园)

来自足球外围官网和SLAC国足球外围网加速器实验室的一项新研究揭示了如何,用热和压力的悉心调教,能够生产钻石,从一种类型的煤炭和氢分子的配方在原油和天然气发现。

“最让人兴奋的文章,因为它显示我们需要的钻石的形成通常情况下,欺骗的热力学的一种方式”斯坦福说地质学足球外围网 罗德尼·尤因,对论文的合着作者, 二月公布。 21 在日记 科学的进步。

有科学足球外围网合成由其它材料的钻石超过60年,但转换需要过度的典型能量,时间或催化剂的添加量 - 金属经常 - 趋于降低最终产品的质量。 “我们希望看到的只是一个干净的系统,其中单一的物质变换成纯净的钻石 - 在不使用催化剂,”说,这项研究的主要作者,sulgiye公园,足球外围官网的博士后研究员 School of Earth, Energy & Environmental Sciences (斯坦福土)。

了解机制,这种转变将是重要的超越珠宝应用。钻石的物理特性 - 极高的硬度,透光性,化学稳定性,高导热性 - 使其成为医药,工业,量子计算技术和生物传感的宝贵材料。

“如果你能够让即使是很小的ESTA纯金刚石的金额,然后你就可以在特定的应用程序控制的方式掺杂它,说:”这项研究的高级作者钰林在足球外围官网材料与能源科学(西门斯)工作人员科学足球外围网在SLAC国足球外围网加速器实验室。

天然配方

天然钻石结晶煤炭数百英里的地球表面之下,气温达到数以千计的华氏度。出土迄今最自然的钻石在火山爆发数百年前向上飙升,携带来自远古地球的深部矿产与他们。

Diamondoid sample

研究的主要作者sulgiye公园保持金刚石三联金刚烷和模型显示它的结构,它具有三个单元或“笼”氢组成和碳原子键合在一起的样品。 (图片来源:安德鲁·布罗德黑德)

其结果是,钻石可以洞察的条件和材料,在星球的内部存在。 “钻石是带回样本容器从地球,最深份”所述矿物物理学足球外围网斯坦福 温迪茂,世卫组织领导的实验室,大部分的公园进行研究的实验。

合成钻石,研究小组开始与三种粉的石油油轮充满了细化。 “这是一个很小的量,”毛泽东说。 “我们用针挑了一点点把它用于我们的实验在显微镜下。”

一目了然,无臭,稍粘粉类似于岩盐。但训练有素的眼睛通过高倍显微镜对等可以区分原子排列在相同的图案空间原子的金刚石晶体组成。就好像钻石错综复杂的格子曾经砍倒成一个,两个或三个笼子组成的小去过单位。

不像钻石,这是纯粹的煤炭,粉末 - 被称为金刚 - 也含有氢。 “用这些积木开始,”毛泽东说,“你可以让钻石更迅速和容易,而且你还可以了解一个完整的多的过程中,比如果你只是模仿高压和高温的发现周到的方式凡在地上钻石构成部分自然“。

压力下的类金刚石

研究者加载的类金刚石样品成梅花尺寸的腔室压力金刚石砧细胞称为,按压2个研磨钻石之间的粉末。用螺丝手的只是一个简单的转,该设备可以创建你发现在地球的中心可能的那种压力。

Laser

挤压金刚石样品,并用激光爆破后,他们的第二个研究人员使用,冷却器激光束以帮助表征钻石而来。 (图片来源:安德鲁·布罗德黑德)

接着,他们用激光加热样品,检查结果与一系列的测试,并帮助RAN计算机模型解释转型怎么过展开。 “我们试图回答一个关键的问题是,是否笼的结构或数量影响的类金刚石如何转化为钻石,”林说。他们发现了三个笼子里的类金刚石,三联金刚烷调用,可以重新组织自己变成令人惊讶的一点钻石的能量。

在900开尔文 - 这大概是1160华氏度,或红热的洗涤温度 - 和20个千兆帕,压力几十万倍地球大气更大的,三联金刚烷的碳原子数咬合对准及其氢散射或消逝

变换展开在第二的最薄的部分。此外,它是直接:在原子不通过碳的另一种形式,石墨如,在他们的方式来制作钻石。

金刚石砧细胞ESTA使得内部的分样本量接近不切实际的合成远远超过钻石的斑点,在实验室中产生的足球外围官网队,毛说。 “但现在我们知道一点点更多的钥匙,使纯净的钻石。”

温迪茂是地质科学教授光子学和。罗德尼尤文是弗兰克·斯坦顿教授在核安全和在弗里曼Spogli国际问题研究所,并在普雷科特能源研究所的高级研究员。

足球外围官网共同作者包括iwnetim阿贝刘津,晨旭旺,杰里米木豆,罗伯特·卡尔森,托马斯迪韦罗和纯静嘉。减弱和迪韦罗附属于在SLAC国足球外围网加速器实验室和材料科学与工程系SIMES。刘是地质科学隶属于足球外围官网事务部和中心高压科学和北京科技大学先进的研究,中国。王隶属于地质科学系。达尔,卡尔森和佳是隶属于西门斯。

其他共同作者是附属于高压科学中心,并在北京,中国技术先进的研究,并在芝加哥大学的中心高级辐射源。

这项研究是由美国资助能源部。

媒体联系人

乔西garthwaite

School of Earth, Energy & Environmental Sciences

josieg@stanford.edu,650-497-0947

温迪茂

School of Earth, Energy & Environmental Sciences

wmao@stanford.edu

sulgiye公园

School of Earth, Energy & Environmental Sciences

sulgiye@stanford.edu

林宇

SLAC国足球外围网加速器实验室

lyforest@stanford.edu

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