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莫瓦桑与人造金刚石

来源:不详       更新时间:2011-8-5 11:26:54
 
用外力缩短石墨层与层之间的距离,使六角形碳环转变为正四面体晶格。实际上还包含许多复杂因素。化学家首要考虑的是热力学问题。借助热力学可判断石墨-金刚石转变过程中的方向和限度。可知在常温298K,要实现石墨转化为金刚石,需13000大气压以上。如果升高温度,如在1200K,要实现转化,需40000大气压以上。于是可知莫瓦桑的试验,虽然提供了高温,而用铁水急剧冷却收缩所获得的压力,顶多只有几千个大气压,怎么可能实现转化呢?
  
  热力学只能判断反应进行的可能性,要使可能性变为现实性,化学家还需考虑动力学问题。如在室温和40万个大气压下,石墨的转化速度缓慢到难以察觉。因此速度也是一个问题。而增压是降低反应速度的,高温自然是提高反应速度的。
  
  综合起来看,由热力学来看,高温不利于金刚石的热力学稳定性,要使金刚石在高温下仍具有热力学稳定性,必须相应地高压。而从动力学来看,力求高温才有利于反应速度,高压反而减速。因此,寻求适宜的转化条件,应是兼顾二者,使高温与高压匹配。此外还需特定的溶剂,使石墨晶格中的碳原子先溶解,然后在变更外界条件下,再使碳原子从溶剂中析出结晶形成正四面体晶格。已经知道硫化亚铁、铁以及一些过渡金属可做溶剂。
  
  从实验条件方面来说,必须提供能够产生高压的装置和耐高温、耐高压的设备。1946年,诺贝尔奖颁给美国科学家布里奇曼教授,原因是他发明了达到极高压力的装置,以及在高压物理领域内所作出的一些重要发现。至此,人造金刚石才具备了可能性。
  
  1955年,美国科学家霍尔等在1650℃和95000个大气压下,合成了金刚石。并在类似的条件下重复多次亦获成功,产品经各种物理的、化学的检测,确证为金刚石。这是人类历史上第一次合成人造金刚石成功,然而,这已是莫瓦桑宣称“成功”的62年以后,莫氏逝世近半个世纪以后的事了。
  

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