来自太空的“钻石”,教你如何鉴别人造钻石

作者: 张明辉

来源: 中科院之声

发布日期: 2020-05-26 10:43:52

本文介绍了材料科学家如何利用外太空的特殊环境进行材料研究,特别是合成高仿钻石的过程。同时,文章还详细讲解了如何鉴别人造钻石与天然钻石的区别,并介绍了五种常见的仿钻单晶体材料。

随着科技的发展,人类合成的产品愈来愈极致,要么从无到有,要么高度模仿天然产物。在材料科学家的眼中,合成均匀、致密、完整的材料,比如火龙果结构,是一种追求。理想是美好的,然而,在地球上,由于重力的存在,在材料中常常会发生沉降现象,无法得到完美的材料。为了解决这个问题,一小部分饱受地球重力困扰的材料科学家,似乎想要挣脱地球母亲的“束缚”,而想到了外太空环境,并由此开创了空间材料科学。

聪明的科学家们利用外太空的特殊环境,开展了材料研究,期待合成完美的材料。

空间是生长特殊材料的理想环境,具有避免沉降、消除器壁、解决材料的分凝问题等优点。然而,航天发射的成本非常高昂,在太空中进行大规模生产不见得合适。不过,这点小困难可难不倒足智多谋的科学家们,他们选择在地面上开发许多新型实验技术来模拟太空中的特殊效应,其中,悬浮无容器技术就可以模拟太空中的消除器壁效应。

无容器技术,是利用外界物理场产生的作用力来抵消物体的重力,从而使物体处于一个无接触、无容器的状态。材料学家利用悬浮无容器技术制备了一系列新型高折射玻璃,这种玻璃的折射率最高可以与钻石一样,钻石之所以看上去五彩斑斓、晶莹似火,还呈现灿烂的金刚光泽,就是因为具有非常高的折射率。然后按照钻石的切割打磨工艺,进行抛光打磨,就能得到和钻石一样璀璨夺目的“人造钻石”啦。

如果对仿钻玻璃掺杂不同的稀土元素,还可以得到不同颜色的漂亮高仿钻石。材料学家制备高仿钻石可不是最终目的,除此之外,这种特殊的玻璃还在手机摄像头、高密度存储、光通信等高科技领域具有非常好的应用前景。

随着科学技术的发展,人工合成的材料在性能、结构等方面,越来越接近天然钻石,“真假”难辨。如何鉴别人造钻石,就成为人们关心的热点话题。

“钻石恒久远、一颗永流传”,钻石常被视为定情信物,稍有不慎,就会造成重大影响。鉴别天然钻石和人造钻石,常常依据材料性质的不同。钻石在天然矿物中硬度最高,是公认的“宝石之王”,莫氏硬度为10,折射率为2.42,色散值为0.044。虽然新型玻璃的折射率可以和钻石一样,但是钻石还有其他优异的性能,比如非常高的热导率和硬度。

鉴别天然钻石和仿钻玻璃,主要依据热导率的不同,只需要用手摸一下就知道,感觉凉凉的,应该是天然钻石,没什么感觉的,应该就是仿钻玻璃。然而,许多单晶材料仿钻的各项性能都与钻石类似,不借助仪器设备和专业知识,很难鉴别。这类仿钻单晶体材料大多数是通过高温高压或化学气相沉积的方法合成的,下面为大家介绍仿钻单晶体材料大家族中常常活跃在大家视线里的五朵金花。

钻石代表了集各种极限性能于一身的一类完美材料,也是人类摆脱地球重力影响,利用太空开展材料科学研究所追逐的目标。通过长期对太空特殊环境的认识和探索,材料科学家在地面开发了一系列新型实验技术,研究出了新型材料。但是,现有合成或加工的各类仿钻材料,都难以像钻石一样完美。从太空到仿钻,原来航天可以这么玩,哈哈,有兴趣的朋友可以关注中国载人空间站的空间材料事业的发展哦,说不定还有更新鲜的事物出现呢。

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