【分享】科学家能人工制造宝石 最快可几天内生产出

科学家通常熔化这些构成宝石的成份，或者溶于水或其它化学溶剂中，再把混合物加热到1000摄氏度—煮沸水的温度的十倍。液体慢慢冷却，冷却的过程是消耗掉在混合物的原子和分子之间的能量，使得它们聚集到一起形成晶体，晶体不断慢慢生长变大，就像砖块不断地堆积，形成房子一样。

由于他们含有相同的成分，所以很难分辨出实验室制造出来的宝石和自然界形成的宝石差别，但是它们有细微的差别。位于美国新墨西哥州东南部的卡尔斯巴德(Carlsbad)，一位宝石研究所的地质专家詹姆士.史格雷(James Shigley)说，例如，许多天然宝石包含少量的水分，但是一些实验室制造出来的宝石没有。

在宝石形成过程中，其它物质也被包含在宝石中形成，我们叫它们为夹杂物。由于科学家控制晶体生长的条件，实验室制造出来的宝石具有极少的夹杂物。 “天然宝石表达着地球一次幸运的意外”史格雷说。

巨大的挤压

钻石与其它宝石有些不同，因为它的形成过程需要巨大的压力。想像一下埃菲尔铁塔倒过来，尖端朝下，所有的重量都压在几厘米宽的区域的压力。位于美国纽约市的自然历史博物馆的矿物专家，乔治.哈洛(George Harlow)说，这就是天然钻石在很深的地底下形成所需要的压力。

并且钻石只有碳(carbon)一种化学元素构成，一种在所有生物体内都具有的元素。如果你一层层地像纸一样排列碳原子，就能得到石墨 (graphite)—它是一种非常柔软的材料，在铅笔的笔芯中就有这种物质。但是如果你让每一个碳原子连接四个碳原子构成一种三维的结构，就能得到钻石 —它是一种极度强硬的物质。

在美国佛罗里达州西部城市萨拉索塔(Sarasota)，一个叫戈麦斯(Gemesis)的公司具有几百台的钻石制造机器。科学家们使用一块很小的钻石作为“种子”，他们把它放进一个含有石墨和一些秘密的其它化学混合物的陶瓷容器中，合上容器，用金属块夹住它，并加热。

当石墨熔解了，石墨就分解成一个个单独的原子，这些原子就贴到“种子”上，“种子”就开始生长了—钻石就慢慢变大。戈麦斯(Gemesis)公司的技术与工程副总裁卡尔.帕尔逊(Karl Pearson)说：“四天后就出来了一颗钻石”。

使用微波技术产生钻石

其它研究人员使用了一种与天然钻石形成方式完全不同的方法，这个过程叫化学气相沉积法CVD(chemical vapor deposition)，简称CVD。使用CVD技术，科学家能更快地制造出更大的钻石，他们还制造出能在高科技设备中使用的金刚石薄膜。

在美国华盛顿(Washington, D.C.)的卡内基科学学院(Carnegie Institution for Science)的研究者们已经使用CVD很多年了，他们把一块很小的钻石“种子”放进一个容器内，并抽完容器内的空气，然后充入氢气 (hydrogen)和甲烷(methane)，甲烷中含有碳原子和氢原子。

“然后我们用微波处理它”在该实验室的材料科学家乔·莱(Joe Lai)说。微波处理就像你用家里的微波炉加热食物一样，只是这里使用的微波，功率要大一些。氢原子和碳原子分开，然后形成一个很亮很热的气球，碳原子就连接到钻石“种子”，使得钻子越来越大。

卡内基的研究者们改进了CVD方法，使得钻石能够生长的更快。2002年，他们演示了他们的CVD方法在生成钻石晶体时候，能比原来的方法快100 倍。这个团队研究者在其中加入硼(boron)这种化学元素，制造出比天然钻石还要硬的钻石。硼使得钻石的缝隙不再扩大，所以把钻石打破就变得更难。

纹身、牙齿和手机

实验室制造出来的宝石不仅仅是戒子和项链，例如一些超市使用蓝宝石制作的扫描器，当收银员需要知道物品的价格的时候，例如，一箱饼干，激光束通过蓝宝石板照射到包装盒上的条形码。没有蓝宝石，这块板很容易被磨损，而使得扫描器没法正常工作。

红宝石很特殊，它能产生激光束。如果你把一块杆状的红宝石放在两面镜子中间，并且用很强的光照射它，红宝石就会产生一束红光。红宝石激光器能帮助消除纹身，因为红光能消除被纹身后皮肤上的颜色。

但是最神奇的宝石可能要算是钻石了，因为钻石很坚硬，所以被使用切割岩石和钻油，如果你牙齿有虫蛀，牙医会用钻石制作成的钻头清除一部分牙齿并开始修补。

钻石可以使得热量通过它传导，所以钻石能保持冷却。“我能使用火焰装置，加热钻石等它变热，然后把它放在一块金属的表面，几秒钟之后，它就一点都不热了。”乔.莱(Joe Lai)说。它原来的热量，通过传导给金属。钻石很坚硬，所以很难弯曲。

“这是自然界的极端材料，”约翰·查理斯尔(John Carlisle)说，他是先进钻石公司(Advanced Diamond Technologies Inc)在美国伊利诺斯州的罗密欧维尔的首席技术主任。

钻石的一些属性使得钻石能在手机上得到应用，今天我们使用手机和朋友聊天，上网和下载视频。在你使用这些东西的时候，手机使用的一个部件叫声音过滤器(acoustic filters)。目前这些过滤器是使用石英或者陶瓷(quartz or ceramic)为材料的，每个过滤器以某种频率进行振动，这样才能使得手机工作，有些过滤器需要每秒振动10亿次。

因为钻石很坚硬，所以它能振动得很快。研究者现在制造微型钻石过滤器，比头发丝的宽度还小，这些过滤器使得手机使用更少电源，电池使用更长时间。

过滤细菌的板

实验室制造的钻石在饮用水中辅助寻找细菌，细菌是很微小的生物，我们使用眼睛都不能看到，其中一些细菌能使得我们生病。

约翰·查理斯尔(John Carlisle)的公司与美国威斯康辛麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)和在伊利诺伊大学(University of Illinois) 的香槟分校(Urbana-Champaign)合作，对微型传感器进行研究，这些传感器能检测细菌，传感器使用钻石形成微型的潜水板，使用潜水板去捕捉细菌，潜水板被包裹着分子，能够把细菌粘住。

人们可以把这些传感器放在污水处理厂或者放在家里水中，如果细菌卡住了，潜水板会振动地比平时慢，这样就发送了一个电子信号告诉人们，这样的水不适合饮用。