新少年·未来课堂|“超级钻石”是怎么制造出来的?
新少年 | 2025-02-18 15:28:16原创
王超 来源:鲁中晨报
一、盲盒屋
“超级钻石”是怎么制造出来的?
大家都知道,钻石是自然界最坚硬的物质。不过,如今科学家们已经成功制造出了比普通钻石还要硬的“超级钻石”!
这项突破由吉林大学和中山大学的科学家们共同完成,这种钻石不仅硬度惊人,还拥有独特的结构。
那么,这种“超级钻石”究竟是怎么制造出来的?它又有什么特别之处呢?
什么是“超级钻石”?
钻石,是一种由碳元素组成的矿物,因其晶莹剔透、坚硬无比而备受青睐。
然而,在1967年,科学家们在陨石坑中发现了一种比普通钻石还要坚硬的钻石,叫做“六方金刚石”。
超高压高温下获得的纯相六方金刚石光学照片与透射电镜照片。
这种钻石的结构与普通钻石不同,普通钻石的碳原子排列成立方体结构,而六方金刚石的碳原子则排列成六边形结构。这种特殊的结构使得六方金刚石在硬度和耐热性上都优于普通钻石。
科学家们一直希望能够在实验室中人工合成这种“超级钻石”,但由于技术限制,这一目标迟迟未能实现。
直到最近,吉林大学的刘冰冰教授、姚明光教授和中山大学的朱升财教授合作,终于找到了制造六方金刚石的方法。
“超级钻石”的是如何制造?
要制造“超级钻石”,科学家们使用了一种叫做“高温高压”的技术。这种技术模拟了地球深处的高温高压环境,正是这种环境使得碳元素能够形成钻石。
首先,科学家们将石墨(也就是我们常见的铅笔芯材料)放入一个特殊的装置中,施加极高的压力和温度。
在极端条件下,石墨的碳原子结构发生了变化,形成了一种新的结构,科学家们称之为“后石墨相”。
接下来,他们对这种后石墨相进行局部加热,最终成功合成了六方金刚石——也就是我们所说的“超级钻石”。
“超级钻石”有多厉害?
这种人工合成的六方金刚石不仅结构独特,性能也非常出色。
科学家们发现,它的硬度比普通钻石高出40%!这意味着它可以承受更大的压力和磨损。
此外,六方金刚石在高温下表现出极强的稳定性,能够在1100℃的高温下保持不坏,这比目前已知的纳米金刚石还要耐热。
这项发现的意义不仅仅在于制造出更硬的钻石,它还有助于我们更好地理解地球和宇宙中的一些自然现象。例如,科学家们一直对陨石中的六方金刚石感到好奇,现在通过人工合成的方法,他们可以更深入地研究这种材料的形成过程,从而揭示更多关于地球和宇宙的秘密。
此外,六方金刚石的超硬特性使其在工业领域具有广泛的应用前景。它可以用来制造超硬刀具、耐磨的机器零件,甚至可能用于开发新一代的高性能材料。这些应用将极大地推动制造业、航空航天等领域的技术进步。
科学的魅力就在于它总能带给我们意想不到的惊喜,而“超级钻石”的诞生正是科学家们智慧和努力的结晶。让我们期待更多这样的科学突破,为人类带来更多的可能性!
新闻多一点
凭借成熟的技术和成本优势,目前,中国生产的人造钻石占全球总产量的90%以上,是全球最大的人造钻石生产国。河南等地是人造钻石的主要生产基地,贡献了全球大部分产量。随着技术进步和产量增加,人造钻石价格逐渐下降,性价比也会越来越高。
中国人造钻80%产自河南。
二、奇趣谷
蛇为啥会把四肢进化没了?
今年是二十四生肖中的蛇年,你有没有想过,为什么蛇没有四肢,却能在地上游走得那么灵活呢?
今天,我们就来聊聊蛇的演化故事,看看它们是如何从有四肢的祖先变成现在这个样子的。
蛇的祖先其实是一种长得像蛇的蜥蜴。科学家们发现,蛇类和蜥蜴的亲缘关系非常近,蛇类很可能是从蜥蜴演化而来的。
现生蟒蛇的后腿残余。
大约1.2亿年前,蛇类的祖先和恐龙一起生活在地球上。那时候,恐龙占据了大部分的生态位,蛇类的祖先只能在地下或洞穴中生活,勉强生存下来。
其实,蛇类的四肢并不是一下子消失的,而是经过了一个漫长的演化过程。科学家们发现了一些具有后肢的蛇类化石,这些化石表明,蛇类的四肢是逐渐退化的。最早的蛇类可能还保留着短小的四肢,这些四肢在捕食或交配时可能还有一些用处。
蛇类失去四肢的原因主要是为了适应地下生活。在地下洞穴中,四肢不仅没有帮助,反而可能成为累赘。为了在狭小、复杂的环境中更好地移动和捕食,蛇类的身体逐渐变得细长,脊椎更加灵活,四肢也逐渐退化。这种变化让蛇类能够更好地适应地下生活,逃避天敌,捕食猎物。
多种多样的蛇类。
虽然蛇类的祖先在恐龙时代过得并不容易,但在6600万年前,恐龙灭绝后,蛇类抓住了机会,迅速演化,物种多样性大大增加。现在,全球共有4038种蛇类,分布在除南极洲以外的所有大陆和海洋中。蛇类的成功演化,让它们成为了地球上非常成功的动物类群之一。
科学家们通过研究蛇类的化石和基因,逐渐揭开了蛇类四肢退化的谜题。他们发现,蛇类的一些基因发生了突变,这些突变可能导致了四肢的退化。
蛇类的演化历程告诉我们,生物的形态和结构是为了更好地适应环境而不断变化的。蛇类虽然没有四肢,但它们通过身体的灵活性和适应性,成功地在地球上生存了下来。下次当你看到一条蛇时,不妨想想它们背后的演化故事,感受大自然的神奇和智慧。
三、魔卡荟
1.给电池“打一针”,让它“满血复活”!
你有没有想过,手机、电脑和电动车的电池用久了会“衰老”,电量越来越少,最后甚至报废?这不仅让人烦恼,还会污染环境。
不过,中国科学家最近有了一个神奇的办法——给电池“打一针”,让它恢复健康!
复旦大学的研究团队发明了一种特殊的“药物”,叫做锂载体分子。这种分子就像电池的“营养液”,可以通过“打针”的方式注入废旧电池中,补充电池里损失的锂离子,让电池重新充满能量。经过实验,使用这种技术的电池在充放电上万次后,依然像新的一样好用,寿命大大延长!
这项技术不仅效果好,而且成本低,适合各种形状的电池。科学家们还结合了人工智能,确保“药物”能精准修复电池。这项创新让中国在电池修复领域走在了世界前列。
未来,我们或许再也不用担心电池老化,手机和电动车也能用得更久啦!
2.“水变氢”新突破!
科学家找到更便宜、更高效的方法
氢气是一种绿色清洁能源,最近,中国科学家们在这一领域取得了重大突破!他们发明了一种新方法,可以更便宜、更高效地从水中提取氢气,而且这种方法还非常环保!
氢气燃烧时只会产生水,不会污染空气。但是,从水中提取氢气通常需要一种叫“催化剂”的物质,而传统的催化剂使用了一种非常昂贵的金属——铱。科学家们一直在寻找一种既能减少铱的使用,又能提高氢气生产效率的方法。
复旦大学的研究团队想出了一个办法,他们用一种叫“熟化诱导嵌入”的技术,把铱和另一种更便宜的材料——铈结合在一起,做成了一种新型催化剂。这种催化剂不仅用更少的铱,还能让氢气生产得更快、更稳定。经过长时间的测试,科学家们发现,这种催化剂可以连续工作6000小时以上,效果非常好!
这项研究发表在《科学》杂志上,为未来的绿色能源发展提供了新的方向。也许在不久的将来,我们就能用这种技术生产更多的清洁氢气,让地球变得更干净、更美丽!
责任编辑:张尧