莫瓦桑發明人造金剛石的故事

　　金剛石作為一種稀有的貴重物品，自古以來就是財富的重要象徵。莫瓦桑利用自己發明創造出人造金剛石。來看看下面小編給大家整理的相關資料，歡迎大家閱讀!

　　發明過程

　　在大自然中，金剛石以極少的礦藏量深埋在地底下。偏偏是這種少得出奇的金剛石具有世界萬物中獨一無二的特性：它是自然界中最硬的一種礦石。金剛石的這一特性，使它具有廣泛的社會用途：有人將它鑲嵌在金光閃閃的戒指、耳環等首飾中，以象徵堅貞不渝的愛情;有人把它製成鋒利無比的金剛鑽，用來切割鋼鐵、玻璃等等。

　　可是，儲量如此稀缺的金剛石，遠遠滿足不了社會對它的巨大需求。渴望擁有金剛石的人往往會天真地想，要是有一天金剛石能成為大量存在的物品，那該多好!

　　1893年，法國科學院宣佈了一條振奮人心的訊息：法國化學家莫瓦桑研製出了人造金剛石!

　　片刻間，這一爆炸性的特大喜訊傳遍全法國，傳遍全世界。人們轟動了，法國轟動了，世界轟動了!莫瓦桑一下成為新聞媒介的焦點，成為人們心目中鉅額財富的生產者，在法國，甚至有人稱他為“世界富翁”。

　　早在發明人造金剛石之前，莫瓦桑已經是法國一位頗負盛名的化學家了。1886年，莫瓦桑首先製取了單質氟。6年後。他又發明了高溫電爐。不過，莫瓦桑並沒有被鮮花和榮譽絆住前進的步伐，在科學的道路上，他仍舊一如既往地孜孜進取。

　　有一次，莫瓦桑準備進行一項化學實驗，需要用一種鑲有金剛石的特殊器具。這種器具非常昂貴，因此實驗室裡的助手們倍加愛護。

　　早上，莫瓦桑來到實驗室，做好實驗前的準備工作。這時，各項儀器都準備好了，卻找不到那鑲有金剛石的昂貴器具。奇怪，怎麼會突然不見了呢?

　　助手突然驚叫起來：“啊?門好像被撬過了!莫非有小偷光顧?”

　　莫瓦桑仔細一看，可不是，門鎖很明顯被人撬開過。進實驗室前，誰也沒有留意到。這麼說，小偷看上那昂貴的金剛石了。

　　這樁意外使莫瓦桑萌生了一個念頭：“天然金剛石如此稀少而昂貴，如果能人工製造金剛石，該有多好!”

　　可這談何容易!作為化學家，莫瓦桑心裡最清楚：“點石成金”這不過是美好的神話。要想製造金剛石首先要弄清楚金剛石的主要成分並瞭解它是怎樣形成的。

　　翻閱了許多資料後，莫瓦桑瞭解到，金剛石的主要成分是碳。至於它是如何形成的，在這方面研究的成果很少，只有德佈雷曾提出金剛石是在高溫高壓下形成的。

　　緊接著莫瓦桑想到，要人工製造金剛石，得有可供加工的原材料。選什麼材料才合適呢?還從未有人作過這方面的嘗試，看來，一切要靠自己摸索了。

　　有一回，有機化學家和礦物學家查理·弗裡德爾在法國科學院作了一個關於隕石研究的報告，莫瓦桑也參加了。

　　在報告中，查理·弗裡德爾說：“隕石實際上是大鐵塊，它裡面含有極多的金剛石晶體。”

　　聽到這兒，莫瓦桑猛地想到：石墨礦中也常混有極微量的金剛石晶體，那麼，在隕石和石墨礦的形成過程中，是否可以產生金剛石晶體呢?

　　想到這裡，莫瓦桑頭腦中出現了製取人造金剛石的設想。他對助手們說：“金剛石的主要成分是碳。隕石裡含有大量金剛石，而隕石的主要成分是鐵。我們的實驗計劃是：把程式倒過去，把鐵熔化，加進碳，使碳處在高溫高壓狀態下，看能不能生成金剛石?”

　　歷史上第一次人工製取金剛石的實驗開始了。沒有先例，沒有經驗，更沒有別人的指點，一切都像在黑暗中探路一樣。第一次失敗了，認真總結經驗，找出問題的癥結所在，第二次再來……經過無數次的反覆探索，莫瓦桑的實驗室裡終於爆發出一陣激動的歡呼聲，大家緊緊地擁抱在一起：成功了!

　　從此，人造金剛石誕生了，並日益在社會生活中發揮它那堅不可摧的威力。

　　延伸：人造金剛石的歷史故事

　　18世紀末，人們發現身價高貴的金剛石竟然是碳的一種同素異形體，從此，製備人造金剛石就成為了許多科學家的光榮與夢想。 一個世紀以後，石墨 —— 碳的另一種單質形式被發現了，人們便嘗試模擬自然過程，讓石墨在超高溫高壓的環境下轉變成金剛石。為了縮短反應時間，需要2000℃高溫和5.5萬個大氣壓的特殊條件。

　　1955年，美國通用電氣公司專門製造了高溫高壓靜電裝置，得到世界上第一批工業用人造金剛石小晶體，從而開創了工業規模生產人造金剛石磨料的先河，他們的年產量在20噸左右;不久，杜邦公司發明了爆炸法，利用瞬時爆炸產生的高壓和急劇升溫，也獲得了幾毫米大小的人造金剛石。

　　金剛石薄膜的效能稍遜於金剛石顆粒，在密度和硬度上都要低一些。即便如此，它的耐磨性也是數一數二，僅5微米厚的薄膜，壽命也比硬質合金鋼長10倍以上。我們知道，唱片的唱針在微小的接觸面上要經受極大的壓力，同時要求極長的耐磨壽命，只要在針尖上沉積上一層金剛石薄膜，它就可以輕鬆上陣了。如果在塑料、玻璃的外面用金剛石薄膜做耐磨塗層，可以大大擴充套件其用途，開發效能優越又經濟的產品。

　　更重要的是，薄膜的出現使金石的應用突破了只能作為切削工具的樊籬，使其優異的熱、電、聲、光效能得以充分發揮。金剛石薄膜已應用在半導體電子裝置、光學聲學裝置、壓力加工和切削加工工具等方面，其發展速度驚人，在高科技領域更加誘人。

　　用人工方法使非金剛石結構的碳轉變為金剛石結構的碳，並且通過成核和生長形成單晶和多晶金剛石，或把細粒金剛石在高壓高溫下燒結成多晶金剛石。這是高壓研究在生產上得到應用的一個重要例項。

　　從熱力學觀點出發，決定石墨等非金剛石結構的碳質原料能否轉變成金剛石的相變條件是後者的自由能必須小於前者。這種相變過程是在高壓、高溫或者還有其他組分參與的條件下進行的。一定的壓力、溫度和組元濃度等可以使系統的內能發生變化，從而使價電子可處能級的統計權重發生相應的變化。這就可能出現電子轉移和組成新的鍵合狀態的電子結構，即發生了相變。如果系統中能量變化有利於在固體中發生這種電子結構的變化，則高壓高溫相變發生在固態，否則就可能發生在熔態或汽態。在熔體中發生這種變化的條件是，鍵合特徵的價電子分佈的統計權重相應降低，遠端有序的作用趨於消失，原子配位數發生變化;而電子處於激發態的統計權重趨於增大，近程有序作用相應增強。氣體中發生這種變化的條件是，單質原子間或化合物的鍵合分子間的電子能級趨於消失，所有的電子轉移到單原子或分子能級上去，這樣，電子處於激發態的統計權重更為增大。因此，人造金剛石可以在固態，也可在熔態和汽態條件下進行，這取決於壓力、溫度和組元濃度等因素引起系統內能的變化情況。從動力學觀點出發，還要求石墨等碳質原料轉變成金剛石時具有適當的轉變速率。在金剛石成核率和生長速率同時處於極大值時的相變速率最大。

　　自18世紀證實了金剛石是由純碳組成的以後，就開始了對人造金剛石的研究，只是在20世紀50年代通過高壓研究和高壓實驗技術的進展，才獲得真正的成功和迅速的發展。人造金剛石的具體方法多達十幾種。按所用技術的特點可歸納為靜壓、動壓和低壓等三種方法。按金剛石的形成特點可歸納為直接、熔媒和外延等三類方法。