科学家找到几分钟内在室温条件下锻造出罕见钻石的方法

据外媒报道，传统的钻石需要在地球深处经过数十亿年时间发展才能形成，极端的压力和温度为碳的结晶提供了合适的条件，然而现在科学家们正在研究锻造这些宝石的更便捷方法。 近日，一个国际研究团队已经成功地将这一过程缩短到了短短几分钟，其展示了一种不仅能快速成型而且还能在室温下成型的新技术。

尽管在实验室里几分钟就能制造出钻石的想法对珠宝商、说唱歌手或那些想要解决某个问题的人来说很有吸引力，但这并不是该类型研究的最终目的。这种以坚韧著称的材料的人造版可用作切割超硬材料的新刀具、新型保护涂层或其他工业设备。

据悉，这项最新的突破由来自澳大利亚国立大学(ANU)和RMIT大学的科学家们领导，他们使用了一种被称为钻石砧的设备。研究人员使用这种设备来创造能产生超硬材料所需的极端压力。研究小组将相当于640头非洲象的压力施加在一只芭蕾舞鞋的顶端，这样做则能在装置中的碳原子中引发意想不到的反应。

“故事的转折在于我们如何施加压力，”澳大利亚国立大学教授Jodie Bradby说道，“除了非常高的压力外，我们还让碳体会到一种叫做‘剪切’的东西--就像一种扭曲力或滑动力。我们认为这允许碳原子移动到适当的位置从而形成六方晶系陨石钻石和常规钻石。”

其中，常规钻石大家可能会在订婚戒指上发现，而六方晶系陨石钻石则比较罕见，只在陨石撞击地点才会发现。通过使用先进的电子显微镜，研究小组对样品进行了详细的检查发现，这些材料是在类似于钻石“河流”的条带中形成。

皇家理工学院的Dougal McCulloch教授表示：“我们的照片显示，在我们跨机构团队开发的新方法下，常规钻石只在这些六方晶系陨石钻石的中间形成。第一次看到这些由六方晶系陨石钻石和普通钻石组成的小‘河流’真是太神奇了，这真的帮到我们了解它们是如何形成的。”

研究小组希望这项技术能使他们生产出大量的人造钻石尤其是六方晶系陨石钻石。据预测，六方晶系陨石钻石的硬度比普通钻石要高出58%。

Bradby说道：“六方晶系陨石钻石有潜力用于切割矿场的超固体材料。”

相关研究报告已发表在《Small》上。

从20世纪40年代开始，中、朝等国就投入了大量的人力、物力研制金属氢。世界上的高压实验室已达100多个。我国已研制成功了能产生100万大气压的压力机。我国研制成功了“分离球体式多级多活塞组合装置”能产生200万个大气压。中国等几个国家宣布已在实验室内研制成功了金属氢，这是人类向金属氢迈出了可喜的一步。而要使金属氢大规模投入工业生产，还有相当大的困难。但它已有力地推动和促进了超高压技术、超低温技术、超导技术、空间技术、激光、原子能等20多门科学技术向着新的深度发展。可以预言，大规模制造金属氢的时代已为期不远了。

英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，从而生成“第五状态氢”，即氢的固体金属状态。这是一种新的物质形态，这种状态的氢通常存在于大型行星或太阳内核之中，分子分离成单原子，电子的行为特征像金属电子一样。

早在80多年前，这种状态的氢首次在理论中被提出。从40多年前开始，科学家们一直在努力尝试再造这种状态的氢，但均未能成功。此次英国爱丁堡大学科学家利用钻石对顶砧对氢实施压缩到前所未有的高压状态，从而证实了这种罕见的“金属态氢”的存在。“金属态氢”状态不稳，科学家此前也从未见过“金属态氢”。

太阳和太阳系的大型行星的内核主要由这种高压形式的元素构成。比如，木星和土星的内核被认为主要由这种形态的元素构成。该项研究主要负责人、英国爱丁堡大学物理和天文学学院科学家尤金-格雷高里安兹教授介绍说，“在过去30年间，在无数次的高压实验中，科学家们都声称制造出金属态氢，但后来这些实验结果都被证明无效。我们的研究首次拿出了实验证据证明氢可以像预测的那样拥有固体金属态，不过所需要的压力也比此前想像的要高得多。研究成果将有助于基础科学和行星科学的发展。”

英国爱丁堡大学研究团队利用钻石对顶砧制造出某种极端高压状态，即生成“第五状态氢”所必需的压力状态，将氢压缩成新的固体状态。为了达到“第五状态”，研究团队所实现的压力相当于325万个地球大气压。科学家们利用激光显微拉曼光谱仪观测到了这种状态的变化，从而通过实验证明了氢的这种不寻常特性。

在这种极端高压状态下，分子开始分离成单原子。研究人员发现，电子的行为与金属电子的行为特征相似。尽管此次实验比此前的实验迈进了一大步，但科学家承认还需要继续努力加以佐证。此外，为了生成单纯的原子和金属状态可能还需要更大的压力。

由于钻石具有产量稀少、外观美丽、耐久这三大要素，在上世纪一些珠宝商的营销下，钻石成为了人们趋之若鹜的宝石，价格大幅上升，俨然成了宝石之首。“钻石恒久远，一颗永流传”的广告语，也在我国掀起了钻石热，一段时间内很多新娘都戴上了钻戒。

由于钻石巨大的销售价值，以及它简单的化学成分，因此很多科学家开始琢磨着怎样合成钻石，经过多年的研究之后，科学家终于在1953年人工合成了钻石，只是受限于当时的技术，人工合成的钻石还达不到宝石级别，很少用在饰品上面，大多用在工业上面。

实验室合成钻石也分为HPHT钻石和CVD钻石两种，分别表示它的加工方式：高温高压（High-Pressure High-Temperature）以及化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition）。

在很长一段时间内，人造钻石的技术都没有很大的进步，直到2010年，蒙宇飞博士合成出当时世界上最大的无色切割CVD钻石，重达23克拉，自此以后，人工合成钻石的技术发展到了一个新的阶段，也给钻石市场带来了巨大的震荡。

实验室人造钻石和天然钻石没有任何质量上的区别，反而在品质上要更胜一筹，从外观上根本就无法区分，即使是专业的鉴定师，也必须借助专业的仪器才能进行区别。

实验室培养的人工钻石应用在首饰上，是一件不可避免的事情，尽管一些老牌的钻石珠宝商还是刻意夸大天然钻石的价值，企图人为地区分两者的价值，但在2018年，美国联邦贸易委员会取消了天然钻石和人造钻石的区别，统一定义为钻石。

问题一：钻石是怎么形成的 矿石中孕育而成火山爆发作用形成的

所有的钻石均是在地壳深处经高温高压条件形成的，经火山喷发带至地表。

钻石在地下160―480千米处形成。大部分钻石被发现位于一种称作“金伯利岩”的火山岩中，这种岩石埋藏于火山活动依然活跃的地带。其他任何被直接发现的钻石，都是经其他作用而直接从原始的金伯利岩中分离出来的。

世界上产钻石的国家有20个。南非是第五大钻石生产国，前四位依次是：澳大利亚、刚果民主共和国、博茨瓦纳共和国和俄罗斯。

钻石由纯碳组成，石墨也是。铅笔中的铅芯就是由石墨制成的，然而，钻石和石墨的原子内部排列并不相同。钻石是地球上天然存在的最硬的物质之一，摩氏硬度值为10。石墨则恰恰相反，是地球上天然存在的最软的物质之一，摩氏硬度值为15，仅比滑石粉硬一些。

问题二：钻石如何形成的 10分 从高温高压实验可知：高温特别是高压下可以形成颗粒粗大，透明无色的八面体钻石。如果压力稳定，温度迅速下降，钻石仍处于稳定状态;相反，如果温度稳定， 压力迅速下降，易导致钻石晶体结构的位错滑移，并诱发晶格缺陷，使一部分原本无色的钻石变为褐**、棕**，钻石逐渐石墨化。所以，钻石形成的首要条件是高温高压下形成的无色透明的钻石，在上升过程中压力应基本保持不变或下降速度很慢。但在地球的开放系统中，尤其是接近地表时的压力会迅速下降，岩浆上升过程中要想保持温度、压力变化不大， 首先是岩浆上升速度必须很快。而含钻石的金伯利岩浆上升速度可达70 km/ h ，几小时就到了地表，这种速度正好能满足上述要求。除此之外，钻石的形成还与其形成方式、生成环境等密切相关。

问题三：人工钻石怎么形成的 原生金刚石是在地下深外处(130―180Km)高温(900―1300℃)高压(45―60)×108Pa下结晶而成的，它们储存在金伯利岩或榴辉岩中，其形成年代相当久远。南非金伯利矿，橄榄岩型钻石约形成于距今33亿年前，这个年龄几乎与地球同岁；而奥大利亚阿盖尔矿、博茨瓦纳奥拉伯矿，榴辉岩型的钻石虽说年轻，也分别已有158亿年和99亿年了。藏于如此大的地下深处达亿万年之久的钻石晶体要重见天日，得有助于火山喷发，熔岩流将含有钻石的岩浆带入至地球近地表处，或长途迁徒淀于河流沙土之中。前者形成的是原生管状矿，后者形成的则为冲积矿。这些矿体历经艰辛开采后，还需经过多道处理遴选，才可从中获怪毛坯金刚石。毛坯金刚石中仅有20%左右可作首饰用途的钻坯，而大部分只能用于切割、研磨及抛光等工业用途上。有人曾粗略地估算过，要得到1ct重的钻石，起码要开采处理250吨矿石，采获率是相当低的；如果想从成品钻中挑选出美钻，那两者的比率更是十分悬殊的了。？

已知现今世界上只有三十余个国家和地区产钻石，且分布极不均匀，主要集中在澳洲、非洲，次为亚洲和南美洲。其中澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、前苏联和南非为世界上五大钻石生产国，占全球钻坯供应量八成有多。

我国钻矿开发虽有着较长历史，清道光年间湘西桃源、常德一带、山东郯城区都先后发现过钻石。20世纪中叶湖南还找到过钻石砂矿。然而，钻石原生矿床60―70年代仅在辽宁瓦房店、山东蒙阴和贵州东部地区发现。？

物以稀为贵。综观当今世界，钻石分布范围小，产量低。加之开采困难，自然钻石就更显弥足珍贵了。一颗钻石，从孕育于地壳岩浆之中至佩戴于您的手上，辗转周游万里，途经数百人之手，个中开采、加工艰辛复杂，做成精致的饰品更是艺术的创造，最后又经您慧眼上识，佩戴，才再度炫耀于世，因此，这是一种何等奇特的福缘!

什么是人造金刚石

钻石由金刚石加工琢磨而成，是珠宝中的贵族，它通明剔透，散发着清冷高贵的光辉，颇有“出淤泥而不染”的气质。天然金刚石的形成和发现极为不易，它是碳在地球深部高温高压的特殊条件下历经亿万年的“苦修”转化而成的，由于地壳的运动，它们从地球的深处来到地表，蕴藏在金伯利岩中，从而被人类发现和开采。

金刚石不仅可以加工成价值连城的珠宝，在工业中也大有可为。它硬度高、耐磨性好，可广泛用于切削、磨削、钻探；由于导热率高、电绝缘性好，可作为半导体装置的散热板；它有优良的透光性和耐腐蚀性，在电子工业中也得到广泛应用。18世纪末，人们发现身价高贵的金刚石竟然是碳的一种同素异形体，从此，制备人造金刚石就成为了许多科学家的光荣与梦想。

一个世纪以后，石墨 ――碳的另一种单质形式被发现了，人们便尝试模拟自然过程，让石墨在超高温高压的环境下转变成金刚石。为了缩短反应时间，需要2 000 ℃高温和55万个大气压的特殊条件。

1955年，美国通用电气公司专门制造了高温高压静电设备，得到世界上第一批工业用人造金刚石小晶体，从而开创了工业规模生产人造金刚石磨料的先河，现在他们的年产量在20吨左右；不久，杜邦公司发明了爆炸法，利用瞬时爆炸产生的高压和急剧升温，也获得了几毫米大小的人造金刚石。

金刚石薄膜的性能稍逊于金刚石颗粒，在密度和硬度上都要低一些。即便如此，它的耐磨性也是数一数二，仅5微米厚的薄膜，寿命也比硬质合金钢长10倍以上。我们知道，唱片的唱针在微小的接触面上要经受极大的压力，同时要求极长的耐磨寿命，只要在针尖上沉积上一层金刚石薄膜，它就可以轻松上阵了。如果在塑料、玻璃的外面用金刚石薄膜做耐磨涂层，可以大大扩展其用途，>>

问题四：钻石是怎么形成的 钻石是世界上最坚硬的、成份最简单的宝石,它是由碳元素组成的、具立方结构的天然晶体。其成份与我们常见的煤、铅笔芯及糖的成份基本相同,碳元素在较高的温度、压力下,结晶形成石墨(黑色),而在高温、极高气压及还原环境(通常来说就是一种缺氧的环境)中则结晶为珍贵的钻石(无色)。为了便于理解钻石的起源,先看一看含有钻石的原岩。自从钻石在印度被发现以来,我们不断听到人们在河边、河滩上捡到钻石的故事,这是由于位于河流上游某处含有钻石的原岩,被风化、破碎后,钻石随水流被带到下游地带,比重大的钻石被埋在沙砾中。钻石的原岩是什么1870年人们在南非的一个农场的黄土中挖出了钻石,此后钻石的开掘由河床转移到黄土中,黄土下面就是坚硬的深蓝色岩石,它就是钻石原岩――金伯利岩(kimberlite)。什么是金伯利岩金伯利岩是一种形成于地球深部、含有大量碳酸气等挥发性成份的偏碱性超基性火山岩,这种岩石中常常含有来自地球深部的橄榄岩、榴辉岩碎片,主要矿物成份包括橄榄石、金云母、碳酸盐、辉石、石榴石等。研究表明,金伯利岩浆形成于地球深部150公里以下。由于这种岩石首先在南非金伯利被发现,故以该地名来命名。另一种含有钻石的原岩称钾镁煌斑岩(lamproite),它是一种过碱性镁质火山岩,主要由白榴石、火山玻璃形成,可含辉石、橄榄石等矿物,典型产地为澳大利亚西部阿盖尔(Argyle)。科学家们经过对来自世界不同矿山钻石及其中原生包裹体矿物的研究发现,钻石的形成条件一般为压力在45-60Gpa(相当于150-200km的深度),温度为1100-1500℃。虽然理论上说,钻石可形成于地球历史的各个时期/阶段,而已经开采的矿山中,大部分钻石主要形成于33亿年前以及12-17亿年这两个时期。如南非的一些钻石年龄为45亿左右,表明这些钻石在地球诞生后不久便已开始在地球深部结晶,钻石是世界上最古老的宝石。钻石的形成需要一个漫长的历史过程,这从钻石主要出产于地球上古老的稳定大陆地区可以证实。另外,地外星体对地球的撞击,产生瞬间的高温、高压,也可形成钻石,如1988年前苏联科学院报道在陨石中发现了钻石,但这种作用形成的钻石并无经济价值。稀少的钻石主要出现于两类岩石中,一类是橄榄岩类,一类是榴辉岩类,但仅前者具有经济意义。含钻石的橄榄岩,目前为止发现有两种类型:金伯利岩(kimberlite)(名字源于南非的一地名――金伯利)和钾镁煌斑岩(lamproite),这两中岩石均是由火山爆发作用产生的,形成于地球深处的岩石由火山活动被带到地表或地球浅部,这种岩浆多以岩管状产出,因此俗称“管矿”(即原生矿)。含钻石的金伯利岩或钾镁煌斑岩出露在地表,经过风吹雨打等地球外营力作用而风化、破碎,在水流冲刷下,破碎的原岩连同钻石被带到河床,甚至海岸地带乘积下来,形成冲积砂矿床(或次生矿床)。

问题五：钻石是怎么来的，天然形成的吗？ 额，它原来是金刚石，是世界上最坚硬的石头之一，为三角形的碳元素结构，经过切割变成钻石。

问题六：钻石的形成原理 钻石是金刚石精加工而成的产品，钻石是世界上最坚硬的、成份最简单的宝石，它是由碳元素组成的、具立方结构的天然晶体。其成份与我们常见的煤、铅笔芯及糖的成份基本相同，碳元素在较高的温度、压力下，结晶形成石墨（黑色），而在高温、极高气压及还原环境（通常来说就是一种缺氧的环境）中则结晶为珍贵的钻石（无色）。自从钻石在印度被发现以来，就有人在河边、河滩上捡到钻石，这是由于位于河流上游某处含有钻石的原岩，被风化、破碎后，钻石随水流被带到下游地带，比重大的钻石被埋在沙砾中。1870年人们在南非的一个农场的黄土中挖出了钻石，此后钻石的开掘由河床转移到黄土中，黄土下面就是坚硬的深蓝色岩石，它就是钻石原岩――金伯利岩（kimberlite）。金伯利岩是一种形成于地球深部、含有大量碳酸气等挥发性成份的偏碱性超基性火山岩，这种岩石中常常含有来自地球深部的橄榄岩、榴辉岩碎片，主要矿物成份包括橄榄石、金云母、碳酸盐、辉石、石榴石等。研究表明，金伯利岩浆形成于地球深部150公里以下。由于这种岩石首先在南非金伯利被发现，故以该地名来命名。另一种含有钻石的原岩称钾镁煌斑岩（lamproite），它是一种过碱性镁质火山岩，主要由白榴石、火山玻璃形成，可含辉石、橄榄石等矿物，典型产地为澳大利亚西部阿盖尔（Argyle）。科学家们经过对来自世界不同矿山钻石及其中原生包裹体矿物的研究发现，钻石的形成条件一般为压力在45-60Gpa（相当于150-200km的深度），温度为1100-1500℃。虽然理论上说，钻石可形成于地球历史的各个时期/阶段，而已经开采的矿山中，大部分钻石主要形成于33亿年前以及12-17亿年这两个时期。如南非的一些钻石年龄为45亿左右，表明这些钻石在地球诞生后不久便已开始在地球深部结晶，钻石是世界上最古老的宝石。钻石的形成需要一个漫长的历史过程，这从钻石主要出产于地球上古老的稳定大陆地区可以证实。另外，地外星体对地球的撞击，产生瞬间的高温、高压，也可形成钻石，如1988年前苏联科学院报道在陨石中发现了钻石，但这种作用形成的钻石并无经济价值。

问题七：钻石是如何形成的？ 钻石是地质作用形成的。

在较古老的地质历史时期，地幔深处的岩浆中溶有碳元素，当温度、压力等外部条件变化时，碳的浓度达到饱和程度状态便开始析出、结晶为钻石毛坯。

在后期火山活动中，结晶的钻石毛坯被金伯利岩浆或钾镁煌斑岩岩浆捕获，被带至地表，并包裹在金伯利岩和钾镁煌斑岩中，形成原生矿。原生矿经过风化剥蚀作用，被带至河流或滨海环境沉积下来，则形成次生砂矿。

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问题八：钻石是怎样形成的……？ 钻石由金刚石雕琢成，金刚石是一种由碳元素组成的矿物，是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质金刚石的绝对硬度是刚玉的4倍，石英的8倍。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石， 也是贵重宝石。原生金刚石是在地下深外处高温高压下结晶而成的，形成年代相当久远。澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非是著名的五大金刚石产地。