仅15分钟，一颗钻石出炉！

2024年4月24日，Nature发表一项重大突破，科学家们发现了一种合成钻石的方法，甚至不需要晶种，这项新技术就可以在正常大气压下合成钻石，且只需15分钟！据了解，这项技术由韩国基础科学研究院多维碳材料中心研究团队发明。

团队负责人Rodney Ruoff教授在接受livescience网采访时表示， “这一开创性的突破是人类智慧、不懈努力和众多合作者齐心协力的结果。十多年来，我一直在思考培育钻石的新方法，因为我认为可能可以通过非传统方式来实现这一目标。”相关研究成果以“Growth of diamond in liquid metal at 1 atm pressure”为题发表于Nature期刊！这也标志着钻石生产技术的一大突破，为未来的工业应用提供了更多可能性。

 钻石恒久远，一颗永流传？  

钻石恒久远, 一颗永流传！这句脍炙人口的广告语你是否听过？有人称他为二十世纪最精彩的营销骗局，也有人说，它的成功是现代营销史上教科书般的经典案例。不管如何评价，1949年，这一句广告如同爱情爆炸一般，响彻全球，并且成功地把钻石带进了市场。

然而，近几年，培育钻石技术不断成熟，价格更是腰斩，地位从神坛跌入民间，使其不再稀有，甚至你可以亲手打造一个专属钻石。

一般来说，钻石在地幔深处经几十亿年高压高温环境方才形成，不过现在，有人只花15分钟就合成出了钻石。过去几十年间，科学家在实验室里合成钻石的方法都基于对地幔环境的复制——利用巨大压力和超高温度来诱导碳转变成钻石。

这种方法被称为高压高温生长（HPHT），不仅耗能且耗时（数周），而且产量有限。韩国基础科学研究所的化学家Rodney Ruoff教授与同事开发出迥异于HPHT的新技术：他们无须复制地球内部的炽热熔炉，而以非常简单的方式，在标准大气压下运行工艺；秘诀在于特制腔室和镓的使用，镓是一种催化甲烷形成石墨烯的金属。  

15分钟，一颗钻石出炉

据了解，该团队开发出来的这种新方法，是基于液态金属混合物，能够在几分钟之内制造出钻石，而且无需大力挤压。即在1个大气压和中等温度下，研究人员将富含碳的过热甲烷气体导入特殊腔室（9升），腔室内有一个含镓、镍、铁和少量硅等混合液态金属合金的坩埚，在特制的石墨外壳真空系统中，混合液态金属暴露于甲烷和氢气的混合物时，能快速加热并冷却，从而降低所需压力。

这种环境使得甲烷中的碳原子能够渗透到熔化的金属中，形成钻石的“种子”。仅需15分钟，金刚石沉积物便在坩埚底部形成。虽然新方法仍需要高温环境，即大约1,025°C，但在常温常压（1个大气压）下，15分钟后，钻石晶体的小碎片就开始从液态金属中挤出，仅需150分钟，就能形成连续的金刚石薄膜。

值得一提的是，这种压力条件与我们在海平面感受到的压力相当，远低于传统方法所需的数万倍压力。研究人员认为，虽然将碳溶解到液态金属中以制造钻石的方法并不新颖，例如通用电气公司在半个世纪前就使用过熔融硫化铁的工艺，但这些传统方法仍然需要极高的压力（5-6千兆帕）和一颗钻石“种子”作为附着点。  

机制尚在研究中！这种方法或将改变钻石行业格局！

尽管形成的晶体碳浓度在几百纳米的深度处有所降低，但合成的金刚石几乎是纯净的碳单质晶体，仅含少量杂质硅原子。这一新方法的确切机制仍在研究中，Rodney Ruoff教授认为反应腔室内温度下降会使碳浓缩，从而结晶得到金刚石。硅似乎在这个过程中发挥了关键作用——可能是助推金刚石晶体生长的晶种。不过，研究人员对此方法的未来也充满了信心。

该研究团队在计划研究其他液态金属合金和气体，甚至是固态碳，希望能通过这些材料制造出钻石。他们认为，通过一些简单的调整，如配置加热元件以利用更大的表面或界面，或者通过新的方式将碳分布到钻石生长区域，可以实现在大面积上生长钻石。

研究人员在论文中写道：“使用液态金属的一般方法可以加速和促进钻石在各种表面的生长，甚至可能在小钻石（种子）颗粒上促进钻石的生长。”这项技术无疑为钻石制造业带来了新的曙光。目前，大多数合成钻石的制造过程需要数天和更大的压力，广泛应用于各种工业制造、电子产品甚至量子计算机中。如果这项新技术能够发挥其潜力，钻石行业的格局将改变！