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案例展示

【48812】石墨怎么变成金刚石

  当带着石墨的陨石撞上地球时,碰击发生的高温度高压力能把石墨改变成稀有且极点坚固的金刚石。长久以来,科学界一向对这种改变在原子层面是怎么发生的存有争议。现在,科学家经过模仿并实时观测碰击的瞬间,解开了其间的一些谜题。

  在美国阿贡国家试验室(Argonne National Laboratory)建筑的首个此类碰击试验室中,华盛顿州立大学(Washington State University)物理学家约根德拉·古普塔(Yogendra Gupta)和搭档以5.1千米/秒的速度将填充了氟化锂的子弹射向一个石墨圆盘,经过这一种办法来模仿陨石碰击,而且运用超亮X射线亿帧的频率“拍照”该进程。

  “说到陨石碰击构成金刚石时,人们总是会问,改变是在哪个阶段发生的,是仅在紧缩阶段,仍是在紧缩和碰击后应力开释这两个阶段都有,”古普塔说,“咱们的试验很清楚地标明,这一改变发生在紧缩阶段”。具体来说,在50万倍大气压下,石墨在几十亿分之一秒内就会构成这种稀有的六方金刚石(hexagonal diamond,因晶体结构而得名)。新发现标明,构成金刚石所需的碰击强度或许并没有科学家之前以为的那么大。

  古普塔称,早前的研讨标明,六方金刚石需要在近200万倍大气压下才干构成,不过这一数字“存在很大争议”。还有一些研讨标明,在较低压力下石墨的结构就会开端改变,不过这些试验中的X射线测验标明,较低压力下构成的金刚石是多种不同结构的混合物,因而,一向来以,“没人切当知道改变进程何时开端”,古普塔解释道。早前的研讨大多是在压力逐步升高的条件下研讨原子改变的。与之相反,古普塔和搭档的试验标明,忽然的碰击能够直接构成六方金刚石,且构成的金刚石的内部结构彻底由碰击方向决议。该研讨已于2017年10月宣布在《科学发展》(Science Advances)杂志上。

  劳伦斯利弗莫尔国家试验室(Lawrence Livermore National Laboratory)的物理学家洛林·贝内迪克特(Lorin Benedict,未参加此项研讨)以为,“该研讨最令人兴奋之处在于,研讨者确认了一种晶型改变成另一种时,发生碰击的原子的精确方位。”

  用这种办法得到的金刚石在压力下降后仍能坚持其结构,不过古普塔想知道,当压力彻底消失后,金刚石是否仍会坚持稳定。这样的试验或许能发生制备工业用金刚石的全新办法。


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