石墨粉裏“飛”出金剛石
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:2016-12-16
提起
,人們就會聯想到光彩奪目
、閃爍耀眼的情景
,它隨著擁有者的活動而光芒四射
。但因它的昂貴價格
,大多數人隻能望而卻步
。盡管如此
,人們對鑽石還是很向往的
。
你知道鑽石是什麽嗎
?它的化學成分是碳(C)
,天然的鑽石是由經過琢磨後才能稱之謂“鑽石”
。天然的鑽石是非常稀少的
,世界上重量大於1000克拉(1克=5克拉)的鑽石隻有2粒
,400克拉以上的鑽石隻有多粒
,我國迄今為止發現的最大的金剛石重158.786克拉
,這就是“常林鑽石”
。物以稀為貴
,正因為可做“鑽石“用的天然金剛石很 罕見
,人們就想“人造“金剛石來代替它
,這就自然地想到了金剛石的“孿生“兄弟--了
。
金剛石和石墨的化學成分都是碳(C)
,科學家們稱之為“同質多像變體”
,也有人稱“同素異形體”
。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質”
,但“形”或“性”卻不同
,且有天壤之別
,金剛石是目前最硬的物質
,而石墨卻是最軟的物質之一
。大家都知道鉛筆芯就是用石墨粉和粘土配比而製成的
,石墨粉多則軟
,用“B“表示
,粘土摻多了則硬
,用“H”表示
。礦物學家用摩氏硬度來表示相對硬度
,金剛石為10
,而石墨的摩氏硬度隻有1
。它們的硬度差別那麽大
,關鍵在於它們的內部結構有很大的差異
。
石墨內部的碳原子呈層狀排列,一個碳原子周圍隻有3個碳原子與其相連,碳與碳組成了六邊形的環狀
,無限多的六邊形組成了一層
。層與層之間聯係力非常弱
,而層內三個碳原子聯係很牢
,因此受力後層間就很容易滑動
,這就是石墨很軟能寫字的原因
。
金剛石內部的碳原子呈“骨架”狀三維空間排列
,一個碳原子周圍有4個碳原子相連
,因此在三維空間形成了一個骨架狀
,這種結構在各個方向聯係力均勻
,聯結力很強,因此使金剛石具有高硬度的特性
。
石墨和金剛石的硬度差別如此之大
,但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石
,因為自然界中石墨(碳)藏量是很豐富的
。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳
,不是那麽容易的
。十八世紀後期
,人們就開始尋找合成的途徑
,直至本世紀中葉
。1938年學者羅西尼通過熱力學計算
,奠定了合成金剛石的理論基礎
,算出要使石墨變成金剛石
,至少要在15000個大氣壓
、攝氏1500度的高溫條件下才可以
,到50-60年代建成了能達到上述條件的儀器裝置
。石墨在5-6萬大氣壓((5-6)103MPa)及攝氏1000至2000度高溫下
,再用金屬鐵
、鈷
、鎳等做催化劑
,可使石墨轉變成金剛石
。
目前世界上已有十幾個國家(包括我國)均合成出了金剛石
。但這種金剛石因為顆粒很細
,主要用途是做磨料,用於切削和地質
、石油的鑽井用的鑽頭
。當前
,世界金剛石的消費中
,80%的人造金剛石主要是用於工業
,它的產量也遠遠超過天然金剛石的產量
。
最初合成的金剛石顆粒呈黑色
,0.5mm大小
,重約0.1克拉(用於寶石的金剛石一般最小不能小於0.1克拉)
。現在我國研製的大顆粒金剛石達3mm以上
,美國
、日本等已製成6.1克拉多的金剛石
。LETOU說金剛石已從石墨中“飛”出
,寶石級的人造金剛石也會在不久的將來供應於市場
。
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