人造钻石是如何将柔软的石墨变为坚硬的钻石

1石墨

我们应该都曾记得第一次用铅笔在纸上涂写的时候,我们拿着铅笔在纸上乱涂乱画,仿佛不能控制好铅笔的力度,涂画出来的东西我们自己都无法辨认,但是铅笔在纸上留下的印记却是犹然的显眼。那时的我们只顾着玩弄铅笔,却不曾想过为什么随着笔芯的划过会在纸上留下痕迹。

我们知道铅笔芯是由石墨制造,石墨是碳原子以六角形联结而成的层状结晶,单层的石墨即为石墨烯,厚度为一个原子层厚度。同一层的碳原子之间是以化学键(共价键)结合,其相邻碳原子之间的键结强度比钻石还要高。然而石墨的相邻两层之间的碳原子却是以一种吸引力(范德华力)结合,使相邻两层之间的结合强度大大减弱。石墨的层与层之间结合力小,极易移动,也就使得石墨在纸上划过后能够留下明显的痕迹。

2钻石

1902年欧洲的戴比公司利用销售钻石的广告词带火了钻戒。戴比公司在当时打出了”钻石恒久远“这句广告词,灌输世人唯有钻戒才能表达忠贞不渝、纯洁的爱情观念,凡是希望爱人相信自己是真诚的男人都应该为爱人买一只钻戒,而且越贵越能代表真心。这套高明的销售手段让世人都为钻戒买单。

我们知道钻石非常的坚硬,与石墨一样也是由碳原子构成,石墨质地柔软,而钻石则非常坚硬。为何同为碳原子构成而它们之间的性质却产生了如此大差异。

钻石的碳原子不同于石墨碳原子的网状排列,而是以立体的四面体结构排列,为复杂的面心立方结构。碳原子分布在四面体的各个顶点处,每个碳原子的电子都有来自另一个碳原子的电子与之配对,形成非常稳定的结构,使得钻石非常坚硬。

3石墨转变为钻石

人造钻石首次成功合成是在1954年,直到现在仍然延续当时的方法来制备人造钻石,只是制作方法加以了改良。那么将石墨制备出人造钻石的方法分别有以下两种:

01高温高压合成法

在耐高温的容器中,给石墨加以高温高压,使石墨的碳原子围绕着直径为1毫米,由天然钻石制成的籽晶而结晶成晶体来获得钻石。

02化学气相沉积法

将石墨中的碳形成等离子体,让等离子体不断沉积在压力室的底部的碳底层上,并逐渐积聚和硬化形成钻石薄片后,再切割成钻石形状。

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