室温下钻石的形成和电子分析

2020 年 11 月，发表了一篇文章，综合报告了 a 在室温下获得纳米晶金刚石和长石，这在今天看来是不可能做到的。

合成是在 80GPa 的压力下从非结晶碳样品前驱体中进行的。这只有在高压和剪切应力下才能实现，而高压和剪切应力 "对促进相的形成非常重要，因为这有助于克服动力学障碍"、文章称

晶体学是研究晶体固体（本文中的金刚石和龙氏石）中原子排列的实验领域。

钻石，这块小小的（或不小）闪闪发光的珍贵岩石，不仅是昂贵的珠宝，由于其特性，它还是一种非常重要的材料，可以在正常和极端的环境中使用。

它的一些有用特性包括极高的硬度、高导热性以及可用于生物医学应用等。

龙斯德莱石是一种类金刚石材料，其晶体结构与金刚石相比差别不大，而金刚石的晶体结构则与龙斯德莱石相似。 立方晶体结构 四面体结合的碳，而龙氏石具有一个 六方晶体结构这是一种不太常见的重排形式。

大多数有关金刚石合成的研究报告都指出，需要两种激发形式来超越材料相变的高动力学障碍。

通常采用高压和高温在实验室内合成金刚石和龙鳞石。

如今，科学家们已经有了一种根据温度和压力显示某种材料物理状态的图表，称为 相图。非常有名的 它是一种有用的指导工具，帮助科学家了解达到特定状态（如固态、液态或气态）所需的温度和压力。在碳原子中，石墨和金刚石就是固态的两个例子。

如果你看看碳图虽然在 2GPa 压力以上的室温条件下可以实现金刚石状态，但实际上还需要考虑其他因素，这些因素可能会导致最终结果的巨大差异。文章中提到的其中一个因素是 剪应力.

众所周知，剪切应力是平行层相互滑动的过程。一个非常简单的例子就是，当你把双手放在一起，开始滑动时--比如当你感到寒冷并想让双手暖和起来时--这种运动会在双手或所使用的材料中产生剪切应力。

剪切应力可以促进材料的相变。在不考虑温度的情况下，剪切应力成为 "金刚石如何在比以前认为的要广泛得多的环境（包括陆地和地外环境）中形成 "的一个重要组成部分，但还需要更多的研究来证实剪切应力的影响。龙钠石的形成也与剪应力有关。

为了在室温下生产出金刚石和龙氏石，科学家们将玻璃碳样品置于 80×10 的压力下。⁹帕--压力很大，比你在大学里参加普通考试时感受到的压力要大得多。

这个数字相当于近 80 万个大气压--我们只生活在一个大气压下。

科学家们通过三种不同类型的电子显微镜技术对样本结果进行了分析。拉曼光谱、X 射线衍射和 TEM（透射电子显微镜）。让我们一一了解。

ǞǞǞ 拉曼光谱 是一种提供特定材料结构指纹的技术。分子振动模式.

样品材料与单色光（通常是激光）相互作用，以非弹性散射的方式吸收和发射光子，换句话说，样品的分子振动会吸收一些光子，吸收的量与发射的量不同。

科学家们可以检测出这种差异，并通过最终结果获得样品的结构信息。

X 射线衍射 该技术使用电子束代替单色光。由于晶体结构中的原子排列模式，当 X 射线光束到达样品时，会从多个不同的角度和方向发生衍射。

科学家可以测量衍射光束的这些角度和强度，并将数据转化为三维图像，显示原子在晶体中的位置。

ǞǞǞ TEM，透射电子显微镜 是一种使用电子束代替光以及 X 射线衍射的显微技术。

样品暴露在光束下，光束穿过样品，借助荧光检测器产生图像。

这种技术需要在网格上制备样品，由于样品会在分析过程中丢失和破坏，因此被称为回避技术。

在尝试生产出钻石后，研究人员通过拉曼光谱发现，样品中只有石墨材料。

然而，X 射线衍射图样却显示出不同的结果，表明存在龙钠石（12%）、金刚石（3%）和石墨（85%）。

这些不同的结果是由每种技术的差异造成的。拉曼技术只能分析材料的表面，而 X 射线衍射技术则可以分析样品的整个厚度。

总之，这一结果证明，钻石等硬质材料的形成不仅是压力和温度的结果。

其他因素也会诱发材料的形成，如剪切应力或科学界尚不清楚的因素。

也许在未来，当这种压缩技术得到更好的发展，钻石生产成本降低时，科学就能充分利用这种材料了。

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