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低能CO2分子逆转变成大尺寸金刚石
金刚石除了作为宝石装饰品外，还被广泛运用于精密仪器、磨料、切割工具、钻探、航天和军事等领域。1954年美国宣布人工合成金刚石获得成功。目前工业化合成金刚石仍需要1400℃的高温和5～10万个大气压的超高压条件，由于合成条件限制，此种方法很难合成大晶体。而很多尖端技术应用却需要大尺寸金刚石，如巡航导弹的红外探测器窗口所用的金刚石等。由于高温高压方法成本高，设备复杂，尤其是产品颗粒尺寸小、颜色黄，很难制成宝石级金刚石，因此探索条件温和的合成方法一直是化学及材料科学工作者追求的目标，它的成功不仅会带来巨大的经济效益，也是合成水平提高的标志。
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人工合成金刚石结晶体。 |
中国科学技术大学陈乾旺教授领导的研究小组以CO2为碳源，金属钠作还原剂，在440℃、800大气压下合成了无色、透明的大颗粒（250微米）金刚石。最近，用碳酸盐作原料也获得了成功，生长出了1.2毫米金刚石晶体。单晶X-射线衍射和Raman光谱都证实金刚石结晶非常好，其中Raman光谱的半高宽为4.7cm-1,与天然大尺寸金刚石的半高宽（1.5～2.5cm-1）很接近。该研究工作主要创新点体现在：1）合成温度最低（440℃），尺寸大（最大1.2毫米，小宝石）,无色透明，可望达到宝石级；2）原料 CO2为工业废气，成本低，也利于环保；3）与其他合成金刚石方法不同，本方法中原料CO2为低能直线形分子，它能变成大尺寸金刚石，超出理论预期；4）CO2、碳酸盐大量存在于地球深部，而且地球内部是还原性的，该工作对探索天然金刚石起源有价值。部分研究成果已发表在国际化学界权威杂志《美国化学会会志》上，最近，用碳酸盐作碳源生长大颗粒金刚石也取得了成功，结果已发表在德国《应用化学》上。
该方法合成的金刚石颗粒直径在10～1200微米，已经可以运用到磨料、切割工具等工业用途上。尤其是产品无色、透明，晶体尺寸大，设备和合成条件都适合生长宝石级金刚石，这将会对天然金刚石开采业构成挑战。美国硅谷的《新思想市场》认为，有朝一日这项技术会成为一个大产业，并评价该工作是“终身都能给予的礼物：自己身体排出的气体做成的钻石。”
论文发表后，美国化学会、德国Wiley-VCH就有关工作向媒体发布了新闻。迄今，英国Nature杂志、《新科学家》周刊、独立报、美国硅谷的《新思想市场》，美国《化学工程进展》和《材料研究协会通报》，德国的尊龙凯时网、矿业网、宝石网、Anorak、MegaStar，Ananova，Novice，凤凰卫视、中央电视台、科学时报、教育部的《中国高校科技与产业》、科技部的《中国科技纵横》以及俄罗斯、意大利和法国的150余家媒体、期刊和科技网站作了报道，称该工作是：“在温室气体中收获钻石”、“废气中产生的宝石思想”。美国、俄罗斯等国科学家来信向陈乾旺教授表示祝贺，俄罗斯科学院矿物和岩石研究所的尤里帕尔亚罗夫说：“你最近发表在J.Am.Chem.Soc.上的关于金刚石合成的结果给我留下了非常深的印象。这是一个激动人心的发现。……。”Nature杂志评价道：“该工作是一个新的合成技术，成本低、条件非常温和，却明显能合成激动人心的金刚石大晶体。”比利时安威尔普金刚石高级研究院的科学家荷尔曼博士评价称：“你的工艺能生长0.51毫米的单晶是非常诱人的，你的研究给地下金刚石的产生撒下了一缕新的曙光，天然金刚石形成机理仍然不清楚，……”。
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