从本质上讲，钻石仅由一种出乎意料的常见材料制成。 制造钻石所需的唯一元素是碳。真正的魔力不在于复杂的材料配方，而在于将这种单一元素置于巨大的热量和压力之下，迫使其原子形成极其坚固和稳定的晶体结构。
关键要点是，你不是通过混合材料来制造钻石。你取一种材料——碳——并使其经受非同寻常的压力和温度，从而从石墨等常见形式根本上改变其原子结构，形成我们所知的珍贵晶体——钻石。
单一、必需的成分：碳
要了解钻石是如何形成的，我们必须首先关注其唯一的组成部分。关于钻石的一切都始于碳元素，也终于碳元素。
碳的两种形态：石墨与钻石
碳是一种多功能的元素，能够形成不同的结构，称为同素异形体。铅笔中的柔软的灰色石墨和戒指中的坚硬透明的钻石都是100%纯碳。
区别不在于材料，而在于碳原子的排列。碳结晶的条件决定了其最终的形态和性质。
压缩煤炭的误区
一个常见的误解是钻石是由煤炭压缩形成的。这在科学上是不准确的。
大多数天然钻石的形成时间远早于地球上第一批陆地植物（煤炭的原材料）。大多数钻石的碳源是原始的，自地球形成以来就被困在地球深处的地幔中。
两个关键条件：高温和高压
虽然碳是“什么”，但极端的高温和高压是“如何”的。这两个条件是锻造钻石独特结构的力量。
天然钻石的形成
天然钻石是在地球深处地幔中形成的，通常在地下 100 多英里深处。这里的温度超过 2,000°F (1,100°C)，压力超过 725,000 磅/平方英寸。
在这种巨大的力和热量下，碳原子被迫形成紧密、坚固的三维晶格。然后，这些钻石通过深源火山爆发迅速被带到地表。
模拟自然：实验室培育的钻石
科学家可以在实验室中复制这些条件，以制造出在化学和物理上与天然钻石完全相同的合成钻石。
两种主要方法是高压/高温 (HPHT)，它模仿地幔的条件，以及化学气相沉积 (CVD)，它从富含碳的气体中逐层“生长”钻石。在这两种情况下，唯一必需的材料是纯碳源。
常见的陷阱和误解
了解钻石形成的真相需要理清一些常见但持续存在的误区。澄清这些观点对于真正理解至关重要。
实验室培育的钻石是“真的”吗？
是的。实验室培育的钻石不是像立方氧化锆那样的“假”钻石。它在结构和化学上都是真正的钻石。
唯一的区别在于其起源。由于它由排列在相同立方晶格中的碳原子组成，因此它具有与地球中形成的钻石相同的硬度、光泽和导热性。
杂质的作用
虽然完美的钻石是纯碳，但在其形成过程中捕获的微量其他元素可能会产生颜色。
例如，氮原子可能导致黄色或棕色调，而硼可能导致蓝色。这些不是配方的一部分，而是被视为改变最终外观的杂质。
根据您的目标做出正确的选择
您对钻石成分的理解应以您想了解的内容为指导。
- 如果您的主要关注点是地质学： 请认识到钻石是纯碳的原生晶体，由地幔的巨大热量和压力形成，而不是由煤炭形成。
- 如果您的主要关注点是材料科学： 请理解天然钻石和实验室培育的钻石在化学上是碳的相同同素异形体，仅因其起源故事而有所不同。
- 如果您的主要关注点是价值： 请认识到纯度是关键，虽然核心成分只是碳，但其他元素的微量杂质造就了稀有且有价值的彩色钻石。
归根结底，钻石的故事是关于非凡的条件如何将平凡转化为非凡的教训。
摘要表：
| 成分 | 在钻石形成中的作用 |
|---|---|
| 碳 | 唯一的必需元素；钻石原子结构的组成部分。 |
| 高压 | 迫使碳原子形成紧密、稳定的晶格（超过 725,000 psi）。 |
| 高温 | 提供原子重排所需的能量（超过 2,000°F / 1,100°C）。 |
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