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为什么人造钻石也很贵?

admin 人造钻石 2020年11月20日

  这一切还得从莫瓦桑说起,他最有名的一项成就是人工合成金刚石(虽然是假的)。

  金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身,它是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。金刚石的所有特性都可以取极值,比如它是自然界中天然存在的最坚硬的物质,它的热导率最大(、弹性模量最大而且脾气也最大(用氮原子替代金刚石中的一个炭原子可能会气走另一个炭原子,这个杂质-空穴对的电子态据说是纠缠的,可用于制作量子计算机)等。

  法国化学家摩尔沃 (Guyton de Mouveau) 于1799年把金刚石直接给变成了石墨,这项实验激起了大家的想象,是不是可以人工制成金刚石。

  莫瓦桑就是其中之一,1886年,莫瓦桑提出了一种实验方案,他想到利用热胀冷缩的原理给它加压。为了获得高温(~3500℃),莫瓦桑改进了电弧炉并亲自用电弧炉冶炼铁水,这个电弧炉也是他非常著名的成就,取名叫“莫氏电炉”,可以用来熔炼了钨、钛、钼、钒等高熔点金属;

  他认为在熔化的铁液中掺入少量的碳,使碳和铁液混在一起,然后把烧红的铁液一下子倒入冷水中,铁急速冷却收缩时产生的巨大压力,迫使碳原子有序排列成金刚石的晶体结构,然后再用酸溶去铁,就可以制得金刚石了。

  莫瓦桑和助手烧了一炉又一炉,却只能得到一些淤泥状的石墨。莫瓦桑坚信自己的思路是正确的,于是让助手一直烧下去。

  终于在1893年,莫瓦桑得到了一小块钻石,直径0.7毫米左右。莫瓦桑欣喜若狂,马上把这个成就上报了法国科学院。

  1906年,诺贝尔奖以5票对4票、1票弃权的投票结果,将诺贝尔化学奖颁发给了莫瓦桑。委员会宣称莫瓦桑获奖的原因是在氟单质方面的贡献,但很难说“人造钻石”这个成就对评委会产生了多大的影响,毕竟在颁奖典礼的演讲中,莫瓦桑本人也一直在讨论金刚石的事情。

  1907年,莫瓦桑去世,欧洲的很多科研机构和钻石经销商们在莫瓦桑生前没办法得到他们想要的秘密,在莫瓦桑死后就找到了他的遗孀,想购买莫瓦桑的研究手稿。

  最后某些商人高价购得了莫瓦桑关于人造金刚石的实验记录。他们如获至宝,立刻展开研究,进行实验,希望在短时间内制得大量金刚石,妄想一夜暴富。但是让人始料未及的是,无论这些人怎么进行实验就是得不到他们想要的金刚石,实验没有一次成功,即使连一点点金刚石的影子都看不到。

  后来莫瓦桑生前的助终于承认是他对无休止的反复实验实在感到厌烦,又要跟莫瓦桑交账,就偷偷地把金刚石颗粒混到敲碎的含炭碎铁屑中糊弄莫瓦桑。

  可怜的莫瓦桑到死都没有发现这个蹊跷。而现在合成金刚石的方法其实有很多,1954年,德国的通用电气公司宣布他们生产出了第一个商业用途的人造钻石。当时GE的员工霍德华·霍尔改良了压力机,在理想的高温高压中完成了人造钻石的制备。


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