中科院“種”出了鑽石,在實驗室環境下,一星期即可培育一顆1克拉的鑽石,其硬度和純淨度都可以媲美天然鑽石,價格卻只有天然鑽石的六分之一。
據介紹,“種”鑽石的原料是天然鑽石的籽金片和甲烷氣體。從甲烷氣體中分裂出的碳原子沉積在“種子鑽石”上(化學氣相沉積法),然後就會以每小時0.007毫米的速度“生長”。
1965年,凱斯西儲大學的研究人員約翰·C.安格斯(John C Angus)開始用化學氣相沉積法,製造鑽石——後來,這種工藝得到蘇聯和日本實驗室的改進。
左:等離子室出爐的原石 右:經專業人士切割、拋光之後的鑽石
利用該技術,鑽石也可以做半導體元件。半導體晶片的製造過程,其實就是向一個化學氣相沉積反應室內新增矽。鑽石的耐熱性遠勝於矽——隨著電子裝置的效能日益強大,鑽石就成了理想的材料。在一些實驗中,鑽石半導體的導電能力達到了矽的100萬倍。
化學氣體沉澱法首先用鐳射從人造鑽石或天然鑽石上削下細小的薄片,這塊薄片就好比是人造鑽石的種子,鐳射會讓鑽石薄片變黑,還要對這塊鑽石薄片拋光,在鑽石薄片周圍塗上樹脂和化學劑,讓鑽石薄片完全固定在鋼塊上。
將固定有鑽石薄片的鋼塊旋接在螺紋杆上,放入帶有鑽石顆粒的轉輪上,讓鑽石薄片與鑽石顆粒接觸,轉輪旋轉時會產生摩擦力,鑽石是最堅硬的礦物,只有其它鑽石能有效拋光鑽石,前後差別非常驚人,鑽石薄片表面會變得晶瑩剔透。
現在就可以開始培養了,用夾子將鑽石薄片放在特製的金屬底座上,它們之間留有生長所需的足夠空間。
用金屬箱蓋住它們,注入氫氣和甲烷氣體,機器內會增加壓力,還將鑽石薄片加熱到1千攝氏度以上,甲烷會分解出碳原子,形成等離子體降落在鑽石薄片上,沉澱結晶幫助它們長大。
鑽石能以每小時0.006毫米的速度生長,兩天時間就能獲得周圍包裹著石墨的鑽石。
但這些粗糙的鑽石還需要加工才能發出光芒,在尖頭鋼棒上塗上樹脂,將人造鑽石粘在樹脂上,透過不斷旋轉鐳射會切削修整每個面,讓人造鑽石變得晶瑩剔透。
透過放大鏡檢查品質,還要放入另一個拋光轉輪將鑽石修剪成經典的鑽石形狀,就會讓鑽石更加閃亮奪目,