撞击！或将开辟制备工业用金刚石的全新方法

 

在美国阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）修建的首个此类撞击实验室中，华盛顿州立大学（Washington State University）物理学家约根德拉·古普塔（Yogendra Gupta）和同事以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，通过这种方式来模拟陨石撞击，并且使用超亮X射线以每秒1500亿帧的频率“拍摄”该过程。

 

“提到陨石撞击形成金刚石时，人们总是会问，转变是在哪个阶段发生的，是仅在压缩阶段，还是在压缩和撞击后应力释放这两个阶段都有，”古普塔说，“我们的实验非常清楚地表明，这一转变发生在压缩阶段”。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形成这种稀有的六方金刚石（hexagonal diamond，因晶体结构而得名）。新发现表明，形成金刚石所需的撞击强度或许并没有科学家之前认为的那么大。

 

古普塔称，早前的研究表明，六方金刚石需要在近200万倍大气压下才能形成，不过这一数字“存在很大争议”。还有一些研究表明，在较低压力下石墨的结构就会开始变化，不过这些实验中的X射线测试表明，较低压力下形成的金刚石是多种不同结构的混合物，因此，一直来以，“没人确切知道转变过程何时开始”，古普塔解释道。早前的研究大多是在压力逐渐升高的条件下研究原子转变的。与之相反，古普塔和同事的实验表明，突然的撞击可以直接形成六方金刚石，且形成的金刚石的内部结构完全由撞击方向决定。该研究已于2017年10月发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上。

 

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的物理学家洛林·贝内迪克特（Lorin Benedict，未参与此项研究）认为，“该研究最令人兴奋之处在于，研究者确定了一种晶型转变成另一种时，发生撞击的原子的准确位置。”

 

用这种方法得到的金刚石在压力下降后仍能保持其结构，不过古普塔想知道，当压力完全消失后，金刚石是否仍会保持稳定。这样的实验或许能产生制备工业用金刚石的全新方法。