莫瓦桑发明人造金刚石的故事

　　金刚石作为一种稀有的贵重物品，自古以来就是财富的重要象征。莫瓦桑利用自己发明创造出人造金刚石。来看看下面学习啦小编给大家整理的相关资料，欢迎大家阅读!

　　发明过程

　　在大自然中，金刚石以极少的矿藏量深埋在地底下。偏偏是这种少得出奇的金刚石具有世界万物中独一无二的特性：它是自然界中最硬的一种矿石。金刚石的这一特性，使它具有广泛的社会用途：有人将它镶嵌在金光闪闪的戒指、耳环等首饰中，以象征坚贞不渝的爱情;有人把它制成锋利无比的金刚钻，用来切割钢铁、玻璃等等。

　　可是，储量如此稀缺的金刚石，远远满足不了社会对它的巨大需求。渴望拥有金刚石的人往往会天真地想，要是有一天金刚石能成为大量存在的物品，那该多好!

　　1893年，法国科学院宣布了一条振奋人心的消息：法国化学家莫瓦桑研制出了人造金刚石!

　　片刻间，这一爆炸性的特大喜讯传遍全法国，传遍全世界。人们轰动了，法国轰动了，世界轰动了!莫瓦桑一下成为新闻媒介的焦点，成为人们心目中巨额财富的生产者，在法国，甚至有人称他为“世界富翁”。

　　早在发明人造金刚石之前，莫瓦桑已经是法国一位颇负盛名的化学家了。1886年，莫瓦桑首先制取了单质氟。6年后。他又发明了高温电炉。不过，莫瓦桑并没有被鲜花和荣誉绊住前进的步伐，在科学的道路上，他仍旧一如既往地孜孜进取。

　　有一次，莫瓦桑准备进行一项化学实验，需要用一种镶有金刚石的特殊器具。这种器具非常昂贵，因此实验室里的助手们倍加爱护。

　　早上，莫瓦桑来到实验室，做好实验前的准备工作。这时，各项仪器都准备好了，却找不到那镶有金刚石的昂贵器具。奇怪，怎么会突然不见了呢?

　　助手突然惊叫起来：“啊?门好像被撬过了!莫非有小偷光顾?”

　　莫瓦桑仔细一看，可不是，门锁很明显被人撬开过。进实验室前，谁也没有留意到。这么说，小偷看上那昂贵的金刚石了。

　　这桩意外使莫瓦桑萌生了一个念头：“天然金刚石如此稀少而昂贵，如果能人工制造金刚石，该有多好!”

　　可这谈何容易!作为化学家，莫瓦桑心里最清楚：“点石成金”这不过是美好的神话。要想制造金刚石首先要弄清楚金刚石的主要成分并了解它是怎样形成的。

　　翻阅了许多资料后，莫瓦桑了解到，金刚石的主要成分是碳。至于它是如何形成的，在这方面研究的成果很少，只有德布雷曾提出金刚石是在高温高压下形成的。

　　紧接着莫瓦桑想到，要人工制造金刚石，得有可供加工的原材料。选什么材料才合适呢?还从未有人作过这方面的尝试，看来，一切要靠自己摸索了。

　　有一回，有机化学家和矿物学家查理·弗里德尔在法国科学院作了一个关于陨石研究的报告，莫瓦桑也参加了。

　　在报告中，查理·弗里德尔说：“陨石实际上是大铁块，它里面含有极多的金刚石晶体。”

　　听到这儿，莫瓦桑猛地想到：石墨矿中也常混有极微量的金刚石晶体，那么，在陨石和石墨矿的形成过程中，是否可以产生金刚石晶体呢?

　　想到这里，莫瓦桑头脑中出现了制取人造金刚石的设想。他对助手们说：“金刚石的主要成分是碳。陨石里含有大量金刚石，而陨石的主要成分是铁。我们的实验计划是：把程序倒过去，把铁熔化，加进碳，使碳处在高温高压状态下，看能不能生成金刚石?”

　　历史上第一次人工制取金刚石的实验开始了。没有先例，没有经验，更没有别人的指点，一切都像在黑暗中探路一样。第一次失败了，认真总结经验，找出问题的症结所在，第二次再来……经过无数次的反复探索，莫瓦桑的实验室里终于爆发出一阵激动的欢呼声，大家紧紧地拥抱在一起：成功了!

　　从此，人造金刚石诞生了，并日益在社会生活中发挥它那坚不可摧的威力。

　　延伸：人造金刚石的历史故事

　　18世纪末，人们发现身价高贵的金刚石竟然是碳的一种同素异形体，从此，制备人造金刚石就成为了许多科学家的光荣与梦想。 一个世纪以后，石墨 —— 碳的另一种单质形式被发现了，人们便尝试模拟自然过程，让石墨在超高温高压的环境下转变成金刚石。为了缩短反应时间，需要2000℃高温和5.5万个大气压的特殊条件。

　　1955年，美国通用电气公司专门制造了高温高压静电设备，得到世界上第一批工业用人造金刚石小晶体，从而开创了工业规模生产人造金刚石磨料的先河，他们的年产量在20吨左右;不久，杜邦公司发明了爆炸法，利用瞬时爆炸产生的高压和急剧升温，也获得了几毫米大小的人造金刚石。

　　金刚石薄膜的性能稍逊于金刚石颗粒，在密度和硬度上都要低一些。即便如此，它的耐磨性也是数一数二，仅5微米厚的薄膜，寿命也比硬质合金钢长10倍以上。我们知道，唱片的唱针在微小的接触面上要经受极大的压力，同时要求极长的耐磨寿命，只要在针尖上沉积上一层金刚石薄膜，它就可以轻松上阵了。如果在塑料、玻璃的外面用金刚石薄膜做耐磨涂层，可以大大扩展其用途，开发性能优越又经济的产品。

　　更重要的是，薄膜的出现使金石的应用突破了只能作为切削工具的樊篱，使其优异的热、电、声、光性能得以充分发挥。金刚石薄膜已应用在半导体电子装置、光学声学装置、压力加工和切削加工工具等方面，其发展速度惊人，在高科技领域更加诱人。

　　用人工方法使非金刚石结构的碳转变为金刚石结构的碳，并且通过成核和生长形成单晶和多晶金刚石，或把细粒金刚石在高压高温下烧结成多晶金刚石。这是高压研究在生产上得到应用的一个重要实例。

　　从热力学观点出发，决定石墨等非金刚石结构的碳质原料能否转变成金刚石的相变条件是后者的自由能必须小于前者。这种相变过程是在高压、高温或者还有其他组分参与的条件下进行的。一定的压力、温度和组元浓度等可以使系统的内能发生变化，从而使价电子可处能级的统计权重发生相应的变化。这就可能出现电子转移和组成新的键合状态的电子结构，即发生了相变。如果系统中能量变化有利于在固体中发生这种电子结构的变化，则高压高温相变发生在固态，否则就可能发生在熔态或汽态。在熔体中发生这种变化的条件是，键合特征的价电子分布的统计权重相应降低，远程有序的作用趋于消失，原子配位数发生变化;而电子处于激发态的统计权重趋于增大，近程有序作用相应增强。气体中发生这种变化的条件是，单质原子间或化合物的键合分子间的电子能级趋于消失，所有的电子转移到单原子或分子能级上去，这样，电子处于激发态的统计权重更为增大。因此，人造金刚石可以在固态，也可在熔态和汽态条件下进行，这取决于压力、温度和组元浓度等因素引起系统内能的变化情况。从动力学观点出发，还要求石墨等碳质原料转变成金刚石时具有适当的转变速率。在金刚石成核率和生长速率同时处于极大值时的相变速率最大。

　　自18世纪证实了金刚石是由纯碳组成的以后，就开始了对人造金刚石的研究，只是在20世纪50年代通过高压研究和高压实验技术的进展，才获得真正的成功和迅速的发展。人造金刚石的具体方法多达十几种。按所用技术的特点可归纳为静压、动压和低压等三种方法。按金刚石的形成特点可归纳为直接、熔媒和外延等三类方法。