人造鑽石
相信大家都知道鑽石是碳的一個同素異形體. 熱力學告訴我們: 鑽石要在高溫高壓的環境下才穩定. 因此, 鑽石要在高溫高壓下才能生產, 這也是1950年代人造鑽石的生產方式: 用特殊的機器把加熱至1000C的碳粉的壓力提升至50000atm. 當時製成的鑽石顆粒非常細小, 而且成本亦很高 !
這裡所用的方法是用動力學的原理, 把碳原子有序地排列, 方法如下:
(1) 如圖 一(如看不清楚, 可放大):
參看上圖一: 把H2和CH4 氣體通入一個有發熱絲的反應器: 發熱絲的溫度約為2000-3000C, 可令氫氣和甲烷氣生成自 由基(H. 及.CH3)
(2) 把這含有自由基的混合物經過表面塗上少許鑽石粉末的樣本台, 讓甲基的碳原子與樣本台上的鑽石種子結合, 使鑽石的顆粒漸漸增大, 像結晶一樣. 甲烷基下的氫原子受氫自由基的撞擊形成氫氣, 使附著在鑽石上的碳原子失去氫原子後再度成為自由基,可與另一甲基的碳子結合, 令具鑽石結構的碳原子層逐步增厚.
(3) 生長鑽石的同時, 錯位的石墨晶體也會同時在樣本台上形成: 由於氫的自由基對石墨的侵蝕作用較大, 可把這些不受歡迎的石墨類錯體結構移除. 因此, 只要把條件控制得宜, 石墨便不能在表面形成, 而只有鑽石可以在表面上一層一層地生長, 形成美麗的鑽石晶體.
(4) 踏入廿一世紀, 隨著納米技術 (nanotechnology) 的不斷發展, 以精密的儀器控制氫自由基或其他粒子(例如氫離子)的能量, 使鑽石的生長速度和品質更高, 現時工業用的小型鑽石晶體, 多以用這種方法生產了. 估計未來數年將可利用納米技術, 以低成本生產二卡以上的單晶體鑽石, 屆時大卡鑽石的價值將會大幅下調.
參考資料: 郭偉民博士(CUHK), 1995 '教你如何造鑽石'---原載<攀登 950908>
更新日期:Oct 16, 2002 返回主網頁 Back to SCWong_2001
