俄羅斯科學(xué)院物理化學(xué)研究所的科學(xué)家與俄羅斯科學(xué)院高性能物理研究所和IK RAS的同事一起，首次詳細(xì)研究了由氟化金剛烷合成金剛石在高壓和高溫下。事實(shí)證明，在這樣的系統(tǒng)中，金剛石合成可以在極低的溫度下進(jìn)行。

       研究了氟化金剛烷在 5.5–9 GPa 壓力和 320 至 1300 攝氏度溫度下的行為。實(shí)驗(yàn)表明，納米金剛石是由氟金剛烷在相對(duì)和氣的條件下形成的——溫度為 420 攝氏度，壓力為 5.5 GPa。顯然，納米金剛石晶粒的成核是通過類金剛烷分子的“融合”發(fā)生的；氟原子在這個(gè)過程中扮演著催化劑的角色。在更高的溫度下，可以獲得更大的納米金剛石晶粒；顯然，烴類流體的傳質(zhì)在其生長過程中起著重要作用。

       氟金剛烷轉(zhuǎn)化為碳同素異形體有兩種不同的情況——釋放氫氣和釋放揮發(fā)性碳?xì)浠衔铩?shí)驗(yàn)表明，在低于 600 攝氏度的溫度下，氟金剛烷在碳化過程中損失了約 25% 的質(zhì)量，這表明會(huì)析出氫氣。在 600 度以上的溫度下，質(zhì)量損失為 40%，表明釋放了揮發(fā)性碳?xì)浠衔铩?/p>

       在低溫下，無序石墨也與納米金剛石一起形成?；钚苑鷥?yōu)先與 sp2 雜化碳反應(yīng)，從而促進(jìn)金剛石晶體的生長。所有在恒定溫度和壓力下合成的鉆石都具有氫化表面。量子化學(xué)計(jì)算表明，具有化學(xué)清潔表面且尺寸小于兩納米的納米金剛石應(yīng)該自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)轭惛焕障┙Y(jié)構(gòu)。表面氫化使它們穩(wěn)定。

       在中等溫度和壓力下，在富氟介質(zhì)中研究金剛石的形成可能有助于了解天然金剛石的形成過程。含鉆石的巖石通常含有含氟化合物；然而，氟通常不被認(rèn)為是鉆石形成過程中的參與者之一，因?yàn)樗哂蟹磻?yīng)性和快速轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合形式。

       “盡管結(jié)合氟和游離氟的化學(xué)活性截然不同，但在許多地球化學(xué)環(huán)境中，含氟化合物可以在低壓-溫度參數(shù)下催化金剛石的形成。顯然，很難預(yù)期地幔中會(huì)存在鹵代金剛烷；然而，含氟化合物在許多地幔過程中起著重要作用；天然鉆石中含有含氟礦物的包裹體是眾所周知的，”俄羅斯科學(xué)院物理化學(xué)研究所新物理和化學(xué)問題實(shí)驗(yàn)室首席研究員、化學(xué)科學(xué)博士、俄羅斯教授Andrey Albertovich Shiryaev說?？茖W(xué)院。

       在中等溫度和壓力下合成尺寸可控的納米金剛石是解決廣泛的材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)問題的一項(xiàng)重要任務(wù)。特別是，該方法可用于合成具有完美晶體結(jié)構(gòu)的納米金剛石。當(dāng)在這種晶體中引入光學(xué)和電學(xué)活性缺陷時(shí)，納米金剛石可以轉(zhuǎn)化為例如光子的點(diǎn)源，這對(duì)生物醫(yī)學(xué)、量子光學(xué)和其他科學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。

       “我們的實(shí)驗(yàn)表明含氟流體可能對(duì)金剛石合成產(chǎn)生影響，尤其是在低溫下。在相對(duì)“和氣”的條件下從氟金剛烷合成納米金剛石對(duì)于基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用具有重要意義，”Shiryaev 教授總結(jié)道。