发布时间：2024-04-21 来源：网络
EMC易倍体育 易倍EMC呢钻石的1.5倍。所以科学家认为在大压的环境之下石墨可能会变成钻石因为在高压下物质的体积会变少。 实碳原子的排位重组变成钻石的碳原子排序。中国用石墨为碳源成功合成第一颗人造钻石。科学家对石墨转变成钻石有种同的看法。一种相信在高温高压下石墨的碳原子无需断键碳原子排只需侧向移动就可以变成钻石的三维共价键网结构。第二种看法认为石墨在高温高压下熔化或局部熔化石墨晶体解体碳原子间断键。过科学家制造人工钻石遇上四个主要的困难需要极高的压才能造出钻石除 用高温高压法合成的钻石较细很难制成一颗大钻石。早期高温高压法的技只能生产1-2 mm的细钻石但在工业方面已有很多用途能生产钻石薄膜films。 人造钻石实质上就是用人工的方有相同。曾有报道花生peanuts可以於2000 ?C 和每平方吋二百万磅压的情况下用五分钟可以有60花生变成钻石。 Gemesis是应内然后加进液态石墨和属性质的催化剂再加以高温1500 ?C 及58000个大气压。於三日半内一颗接近2.8卡黄色粗糙的人工钻石会由天然钻石种子上培植出。这颗粗糙的钻石经过琢磨可得出一颗1.5卡的钻石比天然钻石宜4至5倍。如同天然的钻石人工钻石的黄色是由於在10000个碳原子中有少於5个被氮nitrogen原子取代而加入硼boron原子的线 可以将铅笔芯变成钻石吗工作纸 1. 科学家如何将石墨转变成钻石 为何合成钻石的知与技术涉及科学和工程学大域试用「点叉图」表示一个碳原子与四个碳原子在钻石晶体内结的情况。 3 4. 钻石是由碳原子组成。试设计一个化学实验证明这一点。 . 钻石和石墨的碳键和结构有麼同 5 6. 为麼大多的人造钻石都是黄色的以高温高压法制造钻石有麼限制可以将铅笔芯变成钻石吗工作纸 1. 墨转变成钻石 科学家用高压高温方法将石墨的碳原子排成为钻石。 只供教师考 科学家如何将石 为何合成钻石的知与技术涉及科学和工程学大域人工钻石是将石墨转成钻石涉及高压物学、材科学、化学等知。在制做过程中 程学、冶学等技术。 2. 需要使用高温及高压必须设计出合适的反应室这涉及机械工 3. 试用「点叉图」表示一个碳原子与四个碳原子在钻石晶体内结的情况。 4. 钻石是由碳原子组成。试设计一个化学实验证明这一点。 将钻石在空气或氧气中以高温燃烧分析燃烧产生的气体。释放出的气体只有二氧化 C碳O2则可证明钻石是由碳原子组成。 在钻石晶体内所有碳原子都以单共价键相互结合每个碳原子与另外四个碳原子形成一个三维的共价键网结构。石墨也拥有 5. 钻石和石墨的碳键和结构有麼同 结成一个四面体C—C—C夹角为109?28’巨型 共价结构过碳原子组成一个层结构。个碳原子组成一个角形平面环键角为120?层与层之间只有微弱的范德华。易倍体育 EMC易倍 6. 为麼大多的人造钻石都是黄色的因为有些碳原子被氮原子取代。氮气占空气约80在人工钻石的制作过程中氮气很 容成为钻石的杂质。 7. 以高温高压法制造钻石有麼限制使用高温及高压成本高钻石较细难控制杂质 能生产钻石薄膜。 5 2. 沼气可以变钻石但碍於价格过於昂贵多男士却步改送别的东西。但随著合成钻石的技术日渐thane CH4为原及一片重0.3的薄钻石为种子采用化学蒸气沉积chemical vapour 内基。甲烷俗称沼气沉积法到底是麼与化学有过单共价键single covalent ond相互结合形成一个巨型共价结构giant covalent structure。CVD研钻石生长小时的技术有迅速的发展。图 三 提供 钻石是 很多性喜爱收到的物许成熟人造钻石的价格比天然钻石宜士们每人有一钻的梦想已经再是天方夜谭。 毛河光博士以甲烷me卡deposition CVD 方法只花一星期就能让0.3卡钻石快速长成一颗重10卡的大钻石而造出的钻石是透明无色单晶震惊学术界和珠宝界。毛河光博士是美籍华人出生於中国上海七岁时举家迁台湾现任美国卡气可由牛粪或垃圾等物产生。化学蒸何关系可以生成麼形的CVD钻石人造钻石是用化学方法使碳原子透图一 由重10卡的CVD钻石分割而成之5卡钻石照片由毛河光博士提供 研究所的研究员b究工作从代开始到日本科学家才成功建第一个CVD反应用高温发热线 hot filament 激活甲烷进化学反应可惜1微米1 micron1微米相等於百万分之一米。近 人造钻石五展示一个CVD反应的主要组件。首先将一片钻石或非钻石的基底substrate放在发热器上上面绕成圈形的发热线只有个厘米mm目前最常用的非钻石基片是矽silicon。然后开启发热器将基底的温升到700-1000 图二 钻石的结构 速只是每oC。最后将甲烷及氢气注入真空的反应反应内的压低过一个大气压用2200 oC的发热线激活甲烷甲烷解成碳原子、氢原子、甲基自由基CH3 radical及其他自由基它们进一非常复杂的化学反应沉积在基片上生长成小颗钻石或钻石薄膜diamond film。 图四 一颗末琢磨的CVD钻石约5x5x2.7 mm3基底厚约1.5 mm CVD反应照片由毛河光博士图照片由 毛河光博士提供 6 气体进 入反 应 H2H2CH4H2CH4CH4CH4H2H2 图五 CVD反应的主要组件 根据化学家的研究氢原子和甲基自由基是最主要的反应物。图表示在基片表面可能发生的一种断积到基片上发热线CVD本低并可以生成颇高质的钻石膜但发热线的属可成为钻石的杂质而且钻石的生成速ix公司於中苏州成一座CVD钻石加工厂它是Element Six在亚洲建的第一个CVD钻石基地生产 化学反应碳原子用单共价键钻石就一层层生长。高温成极慢只是每小时1至10微米。为解决上述的困难科学家在代发明使用微波激活气体的方法经高温电浆plasma分解甲烷电浆亦称为等子体。这种技术就是微波电浆化学蒸气沉积法microwave plasma CVD虽然成本较高温发热线CVD贵但钻石生成速可达每小时100微米。香港城市大学物及材科学系教授述汤是研究人工钻石的专家他的超刚石与先进薄膜研究中心也设有微波电浆CVD的反应。目前科学家已掌握技术可制成有20 cm直径、1 mm厚的钻石膜。根据述汤教授CVD钻石可镀在刀面上就算硬物如诱钢都可以如牛油般容。CVD钻石薄膜还可镀於手表面永会被「刮花」而成本只是约20美元。 Apollo公司使用CVD技术制成宝石级的钻石钻石但比运用高压高温方法合成的钻石大而且较宜。随著生长CVD钻石的技术进步其应用也随之广泛。国主要应用於制造业的合成钻石预期每可为Element Six增加约三亿卡的合成钻石产。CVD钻石的应用包括散热装置、X光之光罩、磨、割工具、高级的音响扩音器等。 图自由基的化学反应 HCH2H2HCH3CH3CHHHCHH2发热线 沼气可以变钻石工作纸 1. 试用「点叉图」表示一个甲烷分分布情况。 子methane molecule的化学键 2. 试解释为何甲基由自基CH3 radical是非常活泼的化合物。 3. 用平衡方程式表示甲烷分子分解成甲基自由基的反应。 试 4. 何谓「CVD钻石」试出二种能激活甲烷分子的方法。 5. 试解释为何大多科学家都采用「微波电浆化学蒸气沉积法」合成钻石。 6. CVD技术可以生成麼形的钻石 沼气可以变钻石作纸 1. 试用「点叉图」表示一个甲烷分子methane molecule 的化学键分布情况。 工HHHHC 2. 试解释为何甲基由自基CH3 radical是非常活泼的化合物。 因为甲基自由基内的碳原子有一成对电子unpaired electron。 3. 试用平衡方程式表示甲烷分子分解成甲基自由基的反应。 CHHHHC??HHHH?? 4. 何谓「CVD钻石」试出二种能激活甲烷分子的方法。 CVD钻石是用气体化学反应合成的人造钻石。CVD代表chemical vapour deposition碳原子 多源自甲烷混合氢气或其他气体在低过一个大气压下将甲烷分解剩下的碳原子沉积成钻 石。最常用高温发热线hot filament或微波激活甲烷分子。 5. 试解释为何大多科学家都采用「微波电浆化学蒸气沉积法」合成钻石。 主要原因有以下二个钻石生成的速较高温发热线CVD为快生成的钻石 含有较少的杂质。 6. CVD技术可以生成麼形的钻石颗或薄膜 只供教师考 麼有用的 他用途吗就天然钻石natural diamond而言百分之50钻石自非洲其他出产在加拿大、印、巴西、澳洲及俄斯。但只有约20的天然钻石可达到宝石级的质素其余都应用於工业。你过人造钻石synthetic diamond吗每人造钻石的产是天然钻石的四倍在工业及医学上有多用途。 割工具 钻石的英文名称diamond是源於古希语adamas有坚硬而可侵的意思。钻石由碳原子组成晶格内包含强的共价特质组附有钻石的锯有锯木厂用它锯开坚实的木板以制厨房家具。锯木厂发现钻石锯非常耐用平均可用个月生产效又能造出高质的口方装配厨房家具。 近意大通过新的交通安全法要求汽隧道加设墙壁凹位让司机及乘客遇上意外时作为避处之用。为替已通的隧道割出拱门形的墙壁凹位图一b建筑公司运用钻石割器由於占用很少空间及操作活工程并没有严重妨碍正常的交通。 医仪器上坚硬的钻石可制造高质的手术刀图一磨工具 joint保护关节中的磨擦点避免其破损。式的人工关节通常以塑胶保护磨擦点但过几就会钻玻璃、岩石diamond dies。 钻石可制造钻石可制造工具工具钻石是少人梦寐以求的宝石但钻石除造宝石它还有钻石是少人梦寐以求的宝石但钻石除造宝石它还有其其键因此非常坚硬是世界上最硬的物质。钻石无比坚硬的键因此非常坚硬是世界上最硬的物质。钻石无比坚硬的使其能用於建筑工程上作割用途。如图一a展示使其能用於建筑工程上作割用途。易倍体育 EMC易倍如图一a展示一一造造但传统的锯几天要替换。此外钻石锯割速快能增但传统的锯几天要替换。此外钻石锯割速快能增加加在在如医治白内障所用的手术刀是用钻石制成的。钻石刀比锈钢刀锋让医生精确地控制刀的位置伤口快如医治白内障所用的手术刀是用钻石制成的。钻石刀比锈钢刀锋让医生精确地控制刀的位置伤口快愈合。 愈合。 耐耐钻石的耐磨性十分高可制造人工的髋关节artificial hip 钻石的耐磨性十分高可制造人工的髋关节artificial hip 图一d。人工髋关节能用於代替受关节炎创伤的人图一d。人工髋关节能用於代替受关节炎创伤的人体关节。钻石可用於体关节。钻石可用於旧旧退化。其他耐磨工具包括磨刀器图一退化。其他耐磨工具包括磨刀器图一等硬物的钻头以及用作出幼少属线的钻石模具等硬物的钻头 以及用作出幼少属线的钻石模具麼有用的 他用途吗就天然钻石natural diamond而言百分之50钻石自非洲其他出产在加拿大、印、巴西、澳洲及俄斯。但只有约20的天然钻石可达到宝石级的质素其余都应用於工业。你过人造钻石synthetic diamond吗每人造钻石的产是天然钻石的四倍在工业及医 学上有多用途。 割工具 钻石的英文名称diamond是源於古希语adamas有坚硬而可侵的意思。钻石由碳原子组成晶格内包含强的共价特质组附有钻石的锯有锯木厂用它锯开坚实的木板以制厨房家具。锯木厂发现钻石锯非常耐用平均可用个月生产效又能造出高质的口方装配厨房家具。 近意大通过新的交通安全法要求汽隧道加设墙壁凹位让司机及乘客遇上意外时作为避处之用。为替已通的隧道割出拱门形的墙壁凹位图一b建筑公司运用钻石割器由於占用很少空间及操作活工程并没有严重妨碍正常的交通。 医仪器上坚硬的钻石可制造高质的手术刀图一磨工具 joint保护关节中的磨擦点避免其破损。式的人工关节通常以塑胶保护磨擦点但过几就会钻玻璃、岩石diamond dies。 图一a-e 钻石的应用 准许复印 以上照片获得Diamond At Work10 10 钻石散热片 研究显示约55电子仪器失是由於高温。在室温下钻石是产於如的热方式与属同。属是靠自由电子free electron的游动导石晶体中没有自由电子热的传导是用晶格振动速统正常运作在较高的功运作。如钻石散热装置最常用於纤通讯设备的重要组件。 半导体 矽相比钻石有较高的耐热能能够在高温石是绝缘体因为纯钻石在很高的外加电场下仍没有可以自由移动的电子故能导石含有硼boron原子由於硼原子比碳原子少。在外加电场作用下电会被少电子的补入而造成电移动形成电。这种电较导电体的小故含有硼的钻石属於半导体。 中山大学机电系杨台发教授成功研发纳米结构的钻石电极electrode。他将钻石薄膜沉积於矽片上使其表面积增加一千倍以上较其他材敏高达千倍未将应用於医学如检测血液、蛋白质与体液的化学成份等将大已知材中的最佳导热体thermal conductor故它非常适合於成散热装置。果我们需要发展出速快、积体小的电子品需要处散热的问题。散热片heat spreader是一种贴附发热表面以热传导方式散热的装置多以导热性佳的属铜或铝制造。实验证明在室温下钻石的导热性比铜高五倍钻石的热传导速比最好的属银可高至四倍有余。钻石制导热的。在钻lattice vibration由一个碳原子传送到另一个碳原子。由於钻石具有坚固的晶格碳原子之间的共价键又强所以晶格振动的特快尤其是纯洁的钻石。 因此钻石能迅速散去电子产品运作中所产生的高热保持系下致於过热这对小电晶体和其他微小的电子元件非常重要射二极体laser diodes它是射音响、射印表机、光碟机以及光 图二 钻石散热片照片获得Element Six准许复印 钻石我们日常运用的矽silicon半导体需要好的散热系统才能正常运作一旦将散热风扇关掉会在几分钟内烧毁。因此科学家渴望成功找到代替矽晶片的耐热半导体材而答案就是钻石。 与之下导电其导电能在摄氏几百仍然能正常运作故适合用作发展速快的电脑中央处器。但钻石是非属为麼钻石能导电含杂质的纯钻图三 钻石散热片及半导体的研究照片获得杨台发教授准许复印 电。果钻一个最外层电子晶格内会形成电大提升检验的准确性。 11 钻石可制造麼有用的工具工作纸 1. 有人「钻石是超硬材」。这话对吗为麼钻石可以制造麼有用的割工具钻石可以制造麼耐磨工具试由高至低排出以下物质的导热性铜、钻石、银。 5. 钻石是怎样导热的 麼是「钻石散热片」为麼有些钻石是半导体 哪些性质使钻石能 成为好的电子元件材钻石可制造麼有用的工具有人「钻石是超硬材」。这话对吗为麼对因为钻石晶格内包含强的共价键因此非常坚硬是世界上最硬的物质。 工作纸 8. . 钻石可以制造麼有用的割工具子包括钻石锯及手术刀。 9 0. 钻石可以制造麼耐磨工具子包括钻石人工的髋关节、磨刀器、钻头和模具。 1 1. 试由高至低排出以下物质的导热性铜、钻石、银。 钻石 gt 银 gt 铜 1 . 钻石是怎样导热的 在钻石晶体中没有自由电子热的传导是用晶格振动由一个碳原子传送到另.
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