科学家创新利用电子辐射低压合成钻石技术

IT之家 9 月 6 日消息，东京大学的科研团队近日公布了一项突破性的研究成果：他们成功开发出一种利用电子束辐射在低压条件下合成钻石的新方法。这一方法不仅打破了传统的高压高温合成模式，还避免了电子束对有机样本的损伤。这项研究成果于 9 月 4 日发表在《科学》杂志上，标志着合成钻石技术的重大进步。

传统的人工钻石合成方法通常需要在数十吉帕的高压和数千开尔文的高温下进行，或者通过化学气相沉积技术来实现。然而，东京大学的研究团队通过电子束辐射金刚烷（C₁₀H₁₆）分子，实现了在相对温和的条件下合成钻石的目标。

突破传统的合成方法

钻石与金刚烷具有相同的四面体对称碳骨架，这种结构使金刚烷成为合成纳米钻石的理想前体。成功的转化过程需要精准切断金刚烷的 C–H 端基键，并形成新的 C–C 键，最终组装成三维钻石晶格。此前，这种方法被认为是不可能实现的。

该团队利用透射电子显微镜（TEM），在真空条件下以 80–200 千电子伏的能量对金刚烷亚微晶进行数十秒的辐照，同时保持在 100~296 开尔文（-173.15 ~ 22.85 °C）的温度范围内。实验过程中，科研团队通过原子级分辨率 TEM 实时监测电子轰击电离过程。

这种新方法不仅揭示了纳米钻石聚合形成的过程，还展示了 TEM 作为控制和解析有机分子反应的强大潜力。中村荣一教授指出：“计算数据提供的是‘虚拟’反应路径，而我需要亲眼验证。自 2004 年以来，我的研究始终致力于推翻‘电子束会导致有机分子快速分解’的传统认知。”

“计算数据提供的是‘虚拟’反应路径，而我需要亲眼验证。” — 中村荣一教授

这一突破可能为成像与分析技术开辟新的方向，尤其是在材料科学和纳米技术领域。通过这种方法，科学家们可以更精确地控制合成过程，从而提高合成钻石的质量和效率。

这个研究成果不仅对科学界具有重要意义，也可能对工业界产生深远影响。低压合成钻石技术的成熟有望降低生产成本，使人工钻石的应用更加广泛。此外，这项技术还可能促进新型纳米材料的开发，为未来的科技创新提供新的可能性。

随着研究的深入，东京大学的团队计划进一步优化这一合成技术，并探索其在其他领域的应用潜力。未来，低压合成钻石技术可能在电子设备、医疗器械等领域发挥重要作用。

这项研究的成功不仅展示了科学家们在材料合成领域的创新能力，也为未来的科技发展提供了新的思路和方向。随着技术的不断进步，合成钻石的应用前景将更加广阔。