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1周能长1克拉,钻石也能被种出来?

前不久,媒体报道了一则科学家“种”出钻石的新闻。

听起来这似乎是个新鲜事儿。中科院海洋新材料与应用技术实验室表示,在实验室的环境下,一星期就能“长”出一颗1克拉钻石。培育过程就像种粮食,通过种子(天然钻石)和养料(甲烷气体等),新钻石能以每小时0.007毫米的速度“生长”。
说白了,就是人工合成钻石,也就是金刚石。

其实,早在1953年,瑞士科学家就已经首次合成了金刚石。如今,合成人造金刚石的方法有很多,能够产业化的技术主要有高温高压法(HTHP)化学气相沉积法(CVD)
其中,化学气相沉积法(CVD)就是前面新闻中说的“种”出钻石的具体方法。

牛粪也能造钻石?

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化学气相沉积法在技术上早已成熟, 2005年卡耐基研究院还改进了这种方法,大大提高钻石的生长速度,使之达到了每小时300微米,并成功制造出一颗10克拉的无色透明钻石。
不过这颗钻石可以说是用牛粪“制造”的。(又要颠覆你们对牛粪的刻板印象了,更多相关请戳:牛粪上长出菌,美到窒息

研究者利用牛粪中产生的沼气提炼出甲烷,再加上氢气、氮气的辅助,在微波炉中模拟地球内的高温高压环境,使其中的碳原子在基底(天然钻石)上过饱和沉积,不断累积到基底表面,然后“生长”形成新的钻石。

人造和天然钻石有何区别?

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面对物美价廉的人造钻石,你会选择购买吗?

金伯利岩石中的钻石 作者提供


这种在实验室里“种”出来的钻石和天然钻石在外观上、化学成分和物理性质上都没什么差异,甚至纯度更高,如果仅凭肉眼观察就连最有经验的宝石专家也难辨真假。它们内部晶体结构的细微差别只有通过专业的仪器设备才能检测出来。
想买天然钻石的小伙伴可能会担心,那自己买到人造钻石的几率岂不是很大?

不用担心,事实上每年全球天然和人造钻石只有不到10%被用作了首饰,绝大部分都流向了工业界,发挥着这种纯碳晶体绝佳的材料性能。
比如,由于它硬度极高,是十分理想的切割、研磨和抛光工具,可用于制造刀具、钻头和磨料等。地质队员在朝着地下钻探时就需要坚硬的钻头,钻头里面嵌入了一些细小的钻石颗粒,能够磨损并钻透地下岩石。另外,我们小时候经常见到切割玻璃的,都是钻石刀,还记得那句“没有金刚钻,别揽瓷器活”吗?

人造钻石刀

钻石还是目前所知导热系数最高的物质,比金属材料的导热能力还要强,将其应用于微电子制造有助于热量从热敏元件中迅速排出,是理想的散热材料。
工业钻石的应用会越来越广,未来,人们日常生活中可能还会出现:钻石芯CPU、钻石芯手机、钻石芯银行卡等等。

钻石常被用作切割材料


什么才是“假”钻石?

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与钻石外观相似的矿物有很多种,在以前珠宝鉴定技术比较落后的年代,用其他矿物冒充钻石骗人是常有的事儿。

虽然现在用假钻石骗人不那么容易得逞了,但市场上出现了很多钻石的仿制品仍需正确认识,比如合成立方氧化锆、合成金红石、合成碳硅石、人造钇铝榴石和人造钆镓榴石等,其中合成立方氧化锆最为常见。

合成立方氧化锆 作者提供

合成立方氧化锆最早在1974年由苏联人通过化学方法制造,俗称“苏联钻”,价格十分便宜,一直是钻石的最佳仿制品。但是,这些仿制品的色散能力、相对密度、硬度等物理性质和天然钻石有一定的区别,可作为辨别真假的指标,如立方氧化锆与钻石相比,它的色散能力和相对密度稍高,但硬度明显低于钻石。

两个关于钻石的“冷知识”

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Q:

谁才是世界上“最大”的钻石?

A:
一直以来,人们都认为世界上最大的刻面钻石是“库利南1号”,重530.2克拉,目前归属于英国皇室。这枚钻石是1905年在南非发现的,原石重量为3106.75克拉,后被分为9颗大钻石和96颗小钻石,其中最大的一块就是“库利南1号”。当初在运输中还有个小故事,持有者采用“明修栈道暗度陈仓”之计,先雇了一条船,大张旗鼓的将一个装有假钻石的保险箱通过海上运走,然后用普通的挂号信把真正的“库利南钻石”邮寄到英国。

库里南钻石

图源:维基百科


但若论重量大小,“金禧钻石”才是目前世界上最大的刻面钻石。1986年,有人在南非发现了一块755.5克拉的金黄色钻石,从中切割出545.67克拉的成品,后来被泰国商人买走献给了泰国王室,被命名“金禧钻石”。

Q:

储量最大的钻石矿在哪里?

A:
关于这个问题,你以为答案是南非,或者印度?错!尽管这些国家的钻石举世闻名,但迄今为止储量最大的钻石矿位于俄罗斯。
大约3500万年前,一颗直径约5至8公里的小行星以每秒15至20公里的速度撞击了俄罗斯西伯利亚地区。强烈撞击熔化了数千立方千米的岩石,并形成了一个直径约100公里的陨石坑,这就是著名的珀匹盖陨石坑。由于陨石撞击产生高压冲击波,在行进中对物质施加压力,即所谓的“冲击加载作用”,可将石墨转变成金刚石。科学家研究发现,珀匹盖陨石坑内的金刚石储量超过了地球上所有已知金刚石矿床的总和。
然而,珀匹盖陨石坑内的金刚石形成于瞬间高温高压条件下,缺少足够的时间结晶生长,难以形成大块头,基本上都是直径不足两毫米的细小颗粒,所以对于宝石生产商而言,珀匹盖陨石坑没有什么吸引力。这里的金刚石颗粒只能用于工业领域。现如今,俄罗斯已经成为世界上最大的钻石生产国,不仅一直在开采钻石,而且在实验室中大量生产钻石。

这些钻石知识你了解了吗?其实钻石并不都是透明的,下一次我们来讲讲那些有颜色的钻石!


蓝色钻石 作者提供

本文作者马志飞,系地质勘探高级工程师,科普作家,著有《石头记》等。

本文为上海自然博物馆(上海科技馆分馆)原创,

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