鑽石的成分

Question

聽說鑽石的成分是碳, 那麼為什麼會亮晶晶? 碳不是都黑黑的嗎?

Answer 1

俗話說：「天下沒有白吃的午餐」，如果想把便宜的石墨(graphite)變成閃閃動人的鑽石，即便是二者結構類似，也得付出不少代價。日前科學家嘗試一種全新的方法：電子束轟擊石墨，試圖更有效率地製造人工鑽石。
石墨和鑽石的成分都是碳(carbon)，唯一不同之處就是碳的排列方式不同：鑽石的碳原子排成緊緻的四面體結構，石墨則是較鬆散的層狀構造。由於常溫常壓之下石墨相當穩定，一般只有在相當極端的環境下才可能將石墨轉換成鑽石。像工業界就是利用在高壓條件下擠壓石墨(carbon-squashing press)的方式製造切割用鑽石。

德國斯圖加特(Stuttgart) Max Planck 研究所的 Michael Zaiser 及其同僚不久前設計了一種新的方法製造人工鑽石。他們首先製備一片特殊的石墨薄膜，薄膜當中大部分碳原子都排成石墨結構，但有一小部分區域的碳原子堆疊成鑽石的晶形，形成石墨、鑽石兩種結構的交界(interface)。以電子束轟擊這個交界時，入射的電子會暫時將碳撞離它原來排列的位置，當碳原子被拉回時受到介面附近兩側晶格排列的影響，碳原子可能排成石墨或者是鑽石的結構。 Michael Zaiser 發現如果將電子的能量以及系統的溫度調整至適當的範圍，交界面靠石墨側的部分會漸漸轉變成鑽石(註一)。但是這個轉換方法效率並不高，每小時大約生成僅十億分之一公尺寬的鑽石帶。Zaiser 目前正在研究以離子束替代電子束的可行性，希望可以提升轉換的效率。

原始論文：
Zaiser M., Lyutovich Y. and Banhart F., Irradiation-induced transformation of graphite to diamond: a quantitative study. Phys. Rev. B 62, 3058-3064 (2000).

註一：在交界面附近，靠石墨側的碳原子被拉回形成鑽石結構的數目大於 靠鑽石側的碳原子被拉回形成石墨結構的數目。

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成分：碳 硬度：10 比重：3.52 折射率：2.4
　鑽石是地球上硬度最高、光澤絕倫的礦石，潔淨無色的鑽石最受青睞，但其他變種—從黃色、棕色到綠、藍、粉紅、紅、黑、灰色亦有。由於組成鑽石的碳原子排列均勻，所以其結晶體極為完善。

Answer 8

鑽石的形成
鑽石的成分是碳元素，在高溫的地球深處，經過千億萬年晶化而成，這時間可說是等於地球歷史，結晶構造為等軸晶系，由於原子間結合緊密，所以硬度為１０度（自然界中最高的硬度）且不受酸鹼，光及水的影響，所以穩定性極高。