新疆域
                          FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


基础科学新疆域(FRONTIERS OF SCIENCE)，朱宝如  译

                         钻石的改善

    钻石是宝石之最：美丽、璀灿、稀有而昂贵。然而，我们似乎很
快就可以使钻石变得普通、廉价而且非常有用。

    钻石是一种纯净的碳，而碳是自然存在的最为廉价的物质之一。
例如，煤是碳，我们生产铅笔所用的石墨也是碳。

    但如果煤与钻石两者都是碳，那么是什么缘故使得它们竟有天壤
之别？

    这完全取决于碳原子是怎样排列的。除了钻石，在碳元素的所有
其他形态中，碳原子排列得都很疏松。然而，钻石中的碳原子排列得
十分紧密。在钻石中，每个碳原子都被另外四个碳原子紧紧地包围着。
碳原子是如此之小，当紧密排列之后，就会坚固地结合在一起，从而
使钻石成为迄今所知的最硬的物质。

    当然，秘诀在于怎样使得碳原子形成紧密排列。为此，必须把普
通的碳加热到非常高的温度，使得碳原子可以或多或少地自由运动。
然后，把高温碳置于高压之中，从而把碳原子紧密地挤压在一起。要
同时获得高温与高压两个条件，这是很困难的。直到1955年，通用电
气公司的科学家才做到了把普通碳转变成小钻石。

    是否还有办法在低温与低压下生成钻石呢？人们会觉得这不大可
能。然而，苏联化学家多年以来一直在采用一种新颖的、富有想象力
的技术进行实验研究。

    其秘诀是先产生一种只含单个碳原子的气体，再把这些碳原子一
层一层铺在其他某种物质上。例如，你可以从甲烷开始，这是一种非
常普通的气体。每个甲烷分子包含一个碳原子，周围有四个氢原子。

    甲烷被足够加热后，其分子就会分解成碳原子与氢原子的一种混
合物。如果使得这种蒸气通过比如一片玻璃，那么，这些松散的碳原
子（具有与其他原子结合的强烈倾向）就会贴附在玻璃表面的原子上。
这样就会在玻璃表面形成一层看不见的碳原子，仅有一个原子那么厚。

    然而，如果加热的甲烷蒸气继续通过玻璃，另外的碳原子就会贴
附在已有的碳原子上，从而形成有几个原子厚的薄层。历经数年实验
研究，苏联化学家高兴地（或许还有点惊讶）发现薄层中的碳原子呈
现紧密的钻石状排列。

    换句话说，玻璃上不仅涂了一层碳，而且涂上了一薄层钻石。高
温仅仅是为了获得含碳的蒸气才需要的，而且完全不需要高压。

    在太阳眼镜片上，便可涂一层钻石薄膜。这层薄膜是完全透明的，
不易发觉，但是，镜片的表面就具有了钻石表面的性质。除了其他钻
石以外，它就不可能被别的东西划伤。

    假如上述处理过程变得足够简单易行，那么完全可以想象，所有
高档玻璃都可涂有一层钻石薄膜。这样的“钻石化”玻璃，几乎与普
通玻璃一样便宜，并能够防划伤、防磨损。

    而且，这种钻石薄膜还可以在玻璃以外的其他东西的表面上形成。
钻石化的刀具及刀片在日常使用中再也不会失去它们的锋利。钻石化
的轴承与机床将会经久耐用。另外，由于钻石是防水的，并且完全不
受化学腐蚀，所以钻石化的材料将会是防锈与防腐的。

    钻石也是一种电绝缘体和优质的热导体。这就意味着可以把电子
设备钻石化，从而得到良好的效果。钻石化后的电子设备几乎不受散
乱电场的干扰，并且散热性能良好。

    钻石中加入适量的硼或磷，便可成为半导体。这种半导体将有防
辐射性能，对紫外线是透明的，并且其中电子的运动将大大快于其他
半导体。借助于适当的钻石化处理，计算机技术有可能取得巨大进展。

    还有更为惊人的消息，这仍然来自于苏联（在这一技术领域中，
苏联居世界领先地位）。这就是发现了一种新方法，使得钻石薄膜中
的碳原子产生某种变形的排列，这就使得薄膜比普通钻石还要坚硬。
现在还不能确定究竟是怎样的一种变形排列，以及为何钻石会变得更
坚硬。如果最初的报道一经证实，我们只能去猜想，进一步的钻石化
可以做到何种程度。