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金刚石和柯石英都可以在常压下生成的启示
作者:转载    转贴自:科技长廊    点击数:85    文章录入: zhaizl

7月份深圳市黄金珠宝首饰行业协会发出紧急通报,提醒各珠宝企业及消费者:警惕“CVD合成钻石”,以裸钻为主,重量大多为0.3克拉左右。“这样的合成钻,其重量级别针对的是大众消费者。”多个送检批次中共发现近200粒合成钻石。CVD高仿合成钻石其硬度、密度、导热性能、亮度、闪光、火彩,几乎与天然钻石没有区别。检测过程中仅凭肉眼难以与普通天然钻石区分。

http://www.wochacha.com/newsqs/view?type=3&lid=4271


天然金刚石是在地下大于100多公里深处,相对稳定的高温及高压(数万大气压)条件下生成的。碳到金刚石的转变在平衡相变条件下发生。

最初的合成金刚石就是模拟天然金刚石生成,在高温高压容器中放入籽晶将石墨相的碳转变为金刚石相的碳。由于合成条件苛刻,难以合成大尺寸的单晶,生产成本也高。

国际上一些大公司开始寻找合成金刚石新方法,发展出化学气相沉积法(CVD)。CVD钻石合成过程中,气态有机化合物(如含有碳元素的甲烷)在低温低压(常为0.1个大气压),钻石的热力学亚稳定区域,被离解成自由基(碳原子和氢原子或甲基CH3和氢原子),并在800~1000℃的衬底上沉积形成钻石。

现在用CVD法已能生产出10克拉的单晶金刚石。碳到金刚石的转变是在非平衡相变条件下发生的。

看来,金刚石并非只有在大于100公里地层深处,数万大气压的条件下才能生成。

又有消息,柯石英也可在常压下生成。Martinez等(2008)在非晶Si02干凝胶基底上引入分散的叶绿素聚合体,在565条件下只需常压(一个大气压)环境,就可部分晶化出柯石英;这意味着不用高压只用温度调控,也可以获得石英的高压相柯石英。

http://www.hindawi.com/journals/amse/2008/406067/

1953Cose在实验室高温高压条件下合成出石英的第一个高压相柯石英,并未引起重视,直到Chopin1984)和Smith1984)分别在意大利和挪威地表发现榴辉岩包裹体中会有天然柯石英,并提出和发展了地表柯石英形成机制的“大陆深俯冲-快折返”假说(Chopin1987Smith1995),地表柯石英的形成机制及柯石英的实验室研究成了“大陆动力学”研究的重大热点科学问题。如今,“大陆深俯冲-快折返”假说已成为国内外地表柯石英形成机制的主流学说,发表了包括NatureScience在内的论文已有上千篇。然而,争论也一直不断。

问题的矛盾和冲突点是:实验室给出柯石英的形成压力相当于地下100公里以上深度的环境压力,低于这个压力柯石英是生不成的。但含柯石英(还有金刚石)微粒的榴辉岩等高压变质岩原岩大多数是陆壳火山-沉积岩系,陆壳中最大的静岩压力达不到柯石英的形成压力。这个矛盾的解决逻辑上只有两种可能:一是让陆壳沉到地幔中去,石英转变成柯石英,再快速回到地表(慢了,柯石英又变回石英了);二是提出陆壳中存在各种超压机制。

我国在大别造山带发现了大规模含金刚石和柯石英的以榴辉岩为代表的高压变质岩后(Wang Xiaomong et al.,1989Xu Shutong et ai.,1991;徐树桐等,1992),柯石英形成机制的争论在我国地质界又围绕上述两种可能热烈展开。(吕古贤,1995);(王清晨,1996)、(李曙光,1998)。2009年,反对大陆深俯冲一方又加入了非地质界人士:从事无机合成与超高压实验凝聚态物理研究的哈工大苏文辉研究组。争论扩展到了地质-物理学界。

现在,金刚石和柯石英都可以常压下生成了,今非昔比,揭开柯石英与金刚石微粒形成之谜的科学思路是否也应相应地扩展?是否应该探讨一下在地壳中有没有CVD法需要的环境和物质条件?

经常发生的构造断裂及强震活动能否在中下地壳中造成一片不大的自由空间,而各种成分的活性气体在地球裂隙中又并不缺乏。地质演化又提供了比实验室充裕得多的时间,等待随机形成的第一个具有合适结构的碳原子团簇充当沉积衬底。

只要不固执于一种观点,思路开放而不封闭,柯石英及金刚石微粒在陆壳变质岩中的成因之谜一定会被揭开的!

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