近日，福州大學(xué)至誠學(xué)院校友、2017屆材料化學(xué)畢業(yè)生以第一作者身份在世界頂級期刊《Nature》發(fā)表了題目為“Growth of diamond in liquid metal at 1 atm pressure”的研究論文。

據(jù)悉，在地球地幔的金屬熔體中，形成了天然金剛石diamonds，溫度為900–1,400°C，壓力為5–6GPa。根據(jù)碳相圖，

高壓和高溫條件下，金剛石具有熱力學(xué)穩(wěn)定性。通用電氣（General Electric）科學(xué)家于1955年發(fā)明并使用了一種高壓高溫設(shè)備，通過在約7GPa和1600°C條件下，使用熔融硫化鐵，以人工合成了金剛石。現(xiàn)有模型認(rèn)為，只有在高壓和高溫下，才能使用液態(tài)金屬生長金剛石。

作者在研究論文中，報(bào)道了在沒有晶種顆粒的情況下，使用液態(tài)金屬，但在1atm壓力和1,025°C下，金剛石晶體和多晶金剛石薄膜的生長，打破了高溫高壓的合成制備模式。通過甲烷的催化活化和碳原子向表面區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)散，在由鎵、鐵、鎳和硅組成的液態(tài)金屬表面，實(shí)現(xiàn)了金剛石生長。研究發(fā)現(xiàn)，在液態(tài)金屬表面，碳的過飽和導(dǎo)致金剛石的成核和生長，并且在穩(wěn)定四價(jià)鍵碳團(tuán)簇中，硅元素起著重要作用，四價(jià)鍵碳團(tuán)簇在成核中起著重要作用。在中等溫度和1atm壓力下，在液態(tài)金屬中，生長（亞穩(wěn)）金剛石，為進(jìn)一步的基礎(chǔ)科學(xué)研究和這種類型生長縮放提供了許多可能性。

 在石墨界面處的液態(tài)金屬表面上，合成金剛石

 13C標(biāo)記的原生金剛石表征

SEM-FIB制備的橫截面樣品TEM數(shù)據(jù)