当前位置 首页 > 抖音橱窗 正文

太空中的“钻石”教您如何识别人造钻石丨科普立方体

  编者注:中国科学院之声和中国科学院上海陶瓷研究所共同设立了“科学立方科学”专栏,向您介绍先进的无机非金属材料的过去和现在。我们将带您了解这个时代和古代的晶格,挑战壁垒,发现暗物质,讨论陶瓷; 以弥补缺陷,能级转换,Chang娥编织外衣和色彩斑colorful的文字。

  随着技术的发展,人类合成的产品无论是从头开始还是从高度模仿的天然产品中都变得越来越极端。在材料科学家看来,合成均匀,致密和完整的材料(例如火龙果结构)是一种追求(图1)。理想是美丽的,但是在地球上,由于重力的存在,材料中经常会发生沉降(图2),因此不可能获得完美的材料。

  

  图1均匀,密集和完整的“龙果结构”(来自网络的图片)

  

  图2地面材料中常见的沉降现象(网络图片)

  为了解决这个问题,一小撮受地球引力困扰的材料科学家似乎想摆脱大地母亲的“束缚”,但想到了外太空环境,从而创造了空间 材料科学。(应注意,空间中没有引力。 根据万有引力定律,任何两个物体之间都存在引力,但它远离地面上升并进入太空,并且距地球中心的距离变长,因此来自地球的重力变弱。太。)聪明的科学家利用外太空的特殊环境进行材料研究,并期待合成完美的材料。

  

  图3科学家的麻烦(网络图片)

  

  图4地球的烦恼(网络图片)

  该空间是用于生长特殊材料的理想环境,具有避免沉降,消除墙壁和解决材料分离问题的优点。但是,太空发射的成本非常高,太空大规模生产可能不合适。但是,对于机智丰富的科学家来说,这并不困难。 他们选择在地面上开发许多新的实验技术,以模拟太空中的特殊效果。 其中,无悬浮容器技术可以模拟空间中消除壁的效果(图5)。

  无容器技术是利用外部物理场产生的力来抵消物体的重力,从而使物体处于无接触,无容器的状态。材料科学家已经使用无悬浮物的容器技术来制备一系列新型的高折射玻璃。 这种玻璃的折射率可以与钻石一样高。 钻石看起来色彩艳丽,晶状和火状并显示出明亮的钻石光泽的原因是因为它具有很高的折射率。然后,根据钻石的切割和磨削过程,抛光和磨削,您可以获得与钻石相同的令人眼花“乱的“人造钻石”(图6)。如果将稀土元素掺杂到仿钻石玻璃中,还可以获得具有不同颜色的美丽的高仿钻石。材料科学家准备高仿钻石并不是最终目的。 另外,这种特殊玻璃在手机摄像机,高密度存储和光通信等高科技领域中具有很好的应用前景。

  

  图5容器化技术与无容器技术的比较

  

  图6“太空”中的仿钻石玻璃

  随着科学技术的发展,合成材料在性能和结构上越来越接近天然钻石,很难区分“真假”。如何识别人造钻石已成为人们关注的热点话题。“钻石是持久的,而且是永恒的。钻石通常被视为爱的象征,稍有疏忽将产生重大影响。天然钻石和人造钻石的鉴定通常基于材料特性的差异。

  钻石在天然矿物中具有最高的硬度,被公认为“宝石之王”。 莫氏硬度为10(莫氏硬度是指示矿物质硬度的标准。 金字塔钻石钻是通过计分方法进行评分的。表面,并测量划痕深度,划痕深度为莫氏硬度,一般表示为1-10,滑石的莫氏硬度为1,最小值; 钻石最大为10),折射率为2。在图42中,色散值为0。044。

  

  图7常见矿物的莫氏硬度标度(来自互联网的图片)

  尽管新型玻璃的折射率可以与金刚石相同,但是金刚石还具有其他出色的性能,例如非常高的导热性和硬度。天然钻石和仿钻石玻璃的鉴定主要基于导热系数的差异。 只需要用手摸一下就知道它感觉很酷。 应该是天然钻石。 如果没有任何感觉,应该是仿钻石玻璃。但是,许多单晶材料仿制钻石的性能与钻石相似,如果没有设备和专业知识的帮助就很难识别。这种类型的类金刚石单晶材料大多数是通过高温高压或化学气相沉积法合成的。 这是五个经常在每个人的视线中活跃的金黄色的花朵。

  大姐姐合成碳化硅

  合成碳化硅,也称为硅藻土,具有与金刚石不同的组成,并且性质非常相似。辉石的折射率比钻石高,莫氏硬度为9。25 光泽度略高于钻石,并且火焰色是钻石的两倍以上(大多数火焰色是由材料的白光色散引起的。 色散越大,火色越明显,看起来越耀眼。因此,火色可用于区分莫桑石和钻石(图8)。

  

  图8您能说出来吗?(互联网图片)

  第二姊妹共同创立氧化锆

  合成立方氧化锆是目前最常见的高仿钻石。 它是由前苏联首先合成的。 在合成过程中,可以添加其他元素来调节仿钻石的颜色。折射率可以达到2。1,火色为0。060,莫氏硬度为8。5, 它的折射率,硬度,火色等均接近钻石。那么,如何有效区分两者呢?

  没有什么可以阻碍机智的科学家。 科学家发现了一个巨大的差异,那就是密度。立方氧化锆的密度为1。6-1。7次,只需要测量密度,就可以将两者区分开。另外,两者的热导率也不同,并且可以通过触摸热导率来大致区分热导率。另外,有一种简单的方法可以识别两者。在桌子上画一条直线,将立方氧化锆和钻石分别放在直线上,尖端朝上。 从顶部到底部,立方氧化锆看不到弧形,而钻石看不见(图9)。

  

  图9左或右天然钻石(来自互联网的图片)

  三姐妹G镓石榴石

  三界g镓石榴石是人工合成的晶体,学名Gd3Ga5O12,昵称GGG,是等轴晶系。无色g镓石榴石看起来像钻石,折射率高达2。03,火色为0。045,莫氏硬度可以达到7,密度为7。05g / cm3是钻石的两倍。 hardness镓石榴石可以简单地通过硬度或密度与钻石区分开。

  四姐妹钛酸锶

  钛酸锶的化学式为SrTiO3,是具有等轴晶系的合成晶体。 它诞生于1953年,颜色类似于钻石。钛酸锶的折射率可以达到2。409,火色为0。190,密度为5。13g / cm3,莫氏硬度高达6。钛酸锶的火色明显高于钻石,其硬度远低于钻石。 甚至钛酸锶也可用钢针刮擦。

  小姐妹合成金红石

  合成金红石的化学式为TiO2,通常为浅黄色,有些呈亮蓝色或红色,因此难以形成无色。密度为4。26g / cm3,高折射率,高达2。903,具有双折射,莫氏硬度为6,火焰色达到0。33,很高。由于双折射,它在放大镜下具有很强的重影效果。在宝石材料中,合成金红石的火焰色最高,并且令人眼花(乱(图9)。

  

  图10合成金红石(左)和钻石(右)的燃烧特性(来自互联网的图片)

  钻石是一类完美的材料,结合了多种极端特性,也是人类摆脱地球引力影响并利用空间追求材料科学研究所的目标。通过对太空中特殊环境的长期了解和探索,材料科学家在地面上开发了一系列新的实验技术来研究新材料。但是,现有的合成或加工的类金刚石材料很难像金刚石一样完美。从太空到人造钻石,事实证明,航空航天可以像这样发挥。 哈哈,有兴趣的朋友可以关注中国载人空间站空间材料业务的发展。 也许会有新的事物出现。

  资料来源:中国科学院上海陶瓷研究所

  免责声明:转载本文是为了传递更多信息。如果来源标记不正确或侵犯了您的合法权利,请与作者联系并提供拥有权证明,我们将及时纠正和删除它,谢谢。

本文来自网络,不代表大媒体立场,转载请注明出处。