德国亥姆霍兹研究中心协会 在高压和外加电压下生产的金刚石
荣誉:尤利娅·巴塔莱瓦 钻石和石墨一样，是碳的一种特殊形式
它的立方晶体结构和强大的化学键赋予它独特的硬度
几千年来，它作为一种工具和一种美的东西一直受到人们的追捧
直到20世纪50年代，人工生产钻石才首次成为可能
大多数天然钻石形成于地球地幔至少150公里深处，那里的温度超过1500摄氏度，压力高达几十亿帕斯卡——超过10
是充气良好的自行车轮胎的1000倍
对于它们形成的确切机制有不同的理论
起始原料是富含碳酸盐的熔体
e
富含氧和碳的镁、钙或硅的化合物
钻石形成的新途径 因为电化学过程发生在地球的地幔中，那里存在的熔体和液体具有很高的电导率，由尤里·波利亚诺夫领导的研究人员
S
俄罗斯新西伯利亚科学院索博列夫地质和矿物学研究所开发了一种钻石形成模型，其中高度局部化的电场起着核心作用
根据这一概念，施加小于1伏的电压——比大多数家用电池提供的电压低——就能提供引发化学转化过程的电子
这些可用的电子使得碳酸盐中的某些碳氧化合物通过一系列化学反应变成CO2成为可能，最终形成金刚石形式的纯碳
为了测试他们的理论，俄罗斯研究小组开发了一个复杂的实验设备:一个毫米大小的铂胶囊被一个加热系统包围，加热系统又被放置在一个高压设备中，该设备需要产生高达7的巨大压力
5千兆帕斯卡
微小的、精心构造的电极被引入胶囊，胶囊中填充了碳酸盐或碳酸盐硅酸盐粉末
在1300到1600摄氏度之间的温度下进行了大量实验，其中一些实验持续了长达40个小时
高压降低，但石墨的形成需要额外的电压
荣誉:尤利娅·巴塔莱瓦 钻石只会随着电压而生长 在新西伯利亚进行的实验表明，正如预测的那样，经过几个小时的过程，微小的钻石在负电极附近生长，但这只有在施加小电压时才会发生；半伏已经足够了
直径达到最大200微米，即
e
五分之一毫米，新形成的晶体比典型的沙粒还要小
此外，正如所料，在较低压力下进行的实验中发现形成了另一种纯碳矿物石墨
当研究人员反转电压极性时，新机制的进一步证明出现了——钻石在另一个电极上生长，正如预期的那样
在没有从胶囊外部提供任何电压的情况下，既不会形成石墨也不会形成金刚石
在钻石附近，还发现了与地球深部地幔有关的其他矿物
“新西伯利亚的实验设施绝对令人印象深刻，”GFZ西姆斯实验室主任迈克尔·维登贝克说，该实验室是波茨坦模块化地球科学基础设施(MESI)的一部分
他与俄罗斯研究人员合作了十多年；他和西姆斯实验室工程师弗雷德里克·库弗格纳一起分析了他们的俄罗斯同事生产的钻石
为了确定尤里·帕利亚诺夫关于钻石形成的理论是否完全正确，必须非常精确地确定钻石的同位素组成
精确分析“波茨坦制造” 波茨坦的研究人员为此使用了二次离子质谱
波茨坦仪器是一种高度专业化的质谱仪，为来自世界各地的地球科学家提供来自极小样本的高精度数据
“有了这项技术，我们可以非常精确地确定亚毫米样本上微小区域的组成，”威登贝克说
因此，不到十亿分之一克的实验室生产的钻石需要用非常精确的离子束来去除
带电原子随后被注入一个6米长的装置，该装置根据每个粒子的质量将数十亿个粒子分开
这项技术使得分离化学元素成为可能，特别是区分它们的较轻或较重的同位素变体成为可能
“通过这种方式，我们已经表明碳同位素13C与12C之间的比率完全符合我们在新西伯利亚的同事开发的模型
因此，可以说，我们为这个难题的最后一块做出了贡献，从而证实了这一理论，”威登贝克说
然而，必须指出的是，这种新方法不适合大规模生产大型人造钻石
“我们的结果清楚地表明，电场应该被认为是影响钻石结晶的一个重要的附加因素
这一观察对于理解全球碳循环中的碳同位素比率变化可能非常重要，”尤里·波利亚诺总结道
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
