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※ 引述《alucard6310 (人生只為漫畫而活)》之銘言：
: 標題: [閒聊] 《Dr. Stone新石紀》182 開始研究！
: 時間: Mon Jan 25 11:27:47 2021
:
: 承接上回，千空船身靠貼滿石化裝置躲掉斯坦，他們終於有時間開始研究「石化裝置」，
: 當然傑諾也一起
: https://i.imgur.com/g6jH0sb.jpg:
: 這時傑諾還在傲嬌
: https://i.imgur.com/EljHH4S.jpg:
: 兩人觀察石化裝置的鑽石，阿鉻發現沒有黑化的鑽石
: https://i.imgur.com/ouJ8dDz.jpg:
: 於是找找石化裝置堆裡有沒有同樣鑽石沒黑化的新品，正當找到時直接發出指令，看是否
: 有反應
:
: 結果沒有反應
: https://i.imgur.com/BGdsWSU.jpg:
: 傑諾研究這些鑽石發現，這些鑽石並非沒有瑕疵，說好不告訴千空...結果...
: https://i.imgur.com/ujux8sh.jpg:
: 在觀察無數石化裝置，發現沒黑化的鑽石，有的有裂痕、有的體積小，所以這些無黑化鑽
: 石本身都有瑕疵
:
: 於是千空假設，要是能做出符合的鑽石，說不定就能在再啟動石化裝置:
: 然後
: （啊？鑽石這麼好造？求專業解釋）
: https://i.imgur.com/roU6jDT.jpg

目前製造鑽石主要就兩種方法
一種是大家都知道的高溫高壓結晶法，簡稱HPHT、
另一種就是"化學氣相沉積法"，簡稱CVD。

大概就是這樣
https://www.youtube.com/watch?v=K9f3so862mw

原理
https://pansci.asia/archives/153780

關鍵智障
放入「種子」生鑽石！ 大克拉裸石純度完美以假亂真！？ 關鍵時刻 20180524-6 傅鶴齡
https://www.youtube.com/watch?v=RDQSmI-0Q0Y


大概就是讓離子化的碳，附著在種子或目標內，
讓他"長大"。

再講白話一點，大家小學應該有玩過用明礬或鹽巴溶液製作大結晶的經驗，
想像一下把溶液置換成氣體(離子態)而已。

氣相成雞是化學與工業上很基本的技術，
一堆東西都可以用CVD製造，不僅限鑽石，甚至其他寶石也可用CVD製造。

例如半導體製程中就有用到CVD的部分

生活上絕大部分的工業鑽都是CVD，
因為相比HPHT，CVD生產鑽石的速度簡直是光速，
現代CVD只需僅僅數小時，就能讓一粒鹽巴大小的鑽石種子，
"成長"到數克拉。

而數克拉的HTHP的合成鑽，則需要好幾天甚至幾個禮拜的時間來成形，
成本與效率可見一斑。

看到這邊大概有許多人會跟那智障員警一樣的反應，
「既然用CVD這麼好製造鑽石，那怎麼不拿來發大財?」

因為拿來做為飾品用的人工鑽石，絕大部分還是用HPHT，
為什麼? CVD跟HPHT當然都有他們的優缺點。

這就是這次要吐槽本次千空等人土炮CVD鑽石的地方，
等等再談到。

工業鑽應用非常廣且用量大，全球每年都還有數百噸以上的使用，
普通民眾不知道而已。合成鑽製造商還是有發大財啦。
像光是對岸2019年就生產出了100億克拉的工業鑽，約兩百噸。

舉例，想要買鑽石?
很簡單，趟小北、五金，百貨就有了，
買張高磅粗砂紙，上面一堆都是鑽石。
(少量鑽石粉與高硬度陶瓷粉)

金剛鑽頭也是鎢鋼鑽頭上面有著鑽石粉粒，孔徑15mm左右的一支的大概4、5百塊吧。

你藍光光碟機裡的二極體雷射發光元件裏頭也有超小的鑽石。
一堆儀器也需要用到工業鑽。

總之工業鑽石跟我們的生活密不可分，生活中一大堆產品包括你的電腦，
要是少了工業鑽，根本製造不出來。


但漫畫這部份真的只能僅供參考，因為真正的CVD製鑽，
還得在核心反應容器內，用高能量的微波轟擊目標，讓反應區內的氣體離子化。

而且所需的能量很大，絕對不是那一箱蓄電池就夠的，
因為整個反應你得持續數小時甚至數天。

而漫畫中是利用鎢絲高熱與高光將酒精蒸氣離子化，
但用這種鳥方法能夠離子化的氣體應該會很少量，
恐怕要長到用放大鏡可見的粉粒大小都得花上數天甚至數個禮拜!

至於氣體要用甚麼?
現實上是只能用甲烷(CH4)，離子化後那個氫還能幫助碳附著，
所以漫畫中用酒精蒸氣(C2H5OH)作為碳來源不確定可不可行，理論上氧會是個大問題。
那個離子化氧的干擾恐怕註定這個鑽石無法形成完美的單晶
、甚至能不能結晶都是問題，且一定會有大量雜質形成例如二氧化碳。


回過頭來，先說說為什麼不用CVD製造飾品鑽石發大財?

雖說每年製造數以百億克拉的工業鑽(一克拉=200毫克，一百億克拉等於200噸)
而同年的飾品鑽石的交易量僅僅數百萬克拉，
但往往這幾百萬克拉的交易量卻佔了每年全球總鑽石產值的50%左右!

既然如此，怎麼還不快點大量生產飾品鑽石發大財!?

這就是本次要吐槽的重點。

首先簡單了解一下甚麼是物質的結晶態常見主要有三種，
"多晶"與"單晶"與"無晶(非晶體)"。

以太陽能電池為例
https://i.imgur.com/D5Gsnd3.png

太陽能電池的矽晶體，往往有分多晶與單晶還有無晶三種等級，
性能與價位與應用都不一樣。

如上圖，單晶就是只整塊晶體或產品都是分子排列方式與方向都完全一至，
多晶就是整個晶體存在許多分子排列方式一樣但是方向不一定一至的結晶區塊，
也就是在結晶產生多個晶體的結晶體。



例如鐵，鋼鐵，鋼鐵合金等等

作為刀、鐵鎚等等工具，在鍛造的過程中會不斷地將工具焠火，
就是將其加熱紅後再瞬間丟進冷水或冷油裏頭冷卻。

不斷重複這個過程，會使得鋼鐵產生越來越多越來越小的多晶結構，
這會使得整個刀變得更加堅韌因為刀等武器工具要堅硬的同時還要有絕佳韌性。
這就是為什麼仔細看武士刀上有一堆"花紋"，那就是鋼鐵的多晶結構。

順便一提，早期千空等人為了趕時間，打造武士刀只對摺與焠火一兩次而以，
這樣造出來的刀，對付當時只拿石器的司等人可能有用，
但在真正的刀劍相仞的戰場上拿這種垃圾其實跟找死沒兩樣....

作為日常生活的鐵絲，白鐵，鐵罐還有一堆五金零件要這種特性幹嘛?
反到是要保持一定的柔軟度才好加工且省成本，所以是無晶鐵。



再回到飾品鑽石來。

做為飾品的鑽石與寶石大部分要的是完整的"單晶"，
因為做為飾品價值，只在乎美觀與否，完全不看那些性能。

不是說在野外隨便挖到寶石就好，
評鑑後透明度與色澤等等細節才會決定其價值，
不然像些寶石生產地，
也一堆甚至有著彈珠大小的各種寶石放在市場像賣地攤貨一樣在賣。

也是紅寶石祖母綠藍碧眼或鑽石等等沒錯，但可能他晶體太雜亂，
或雜質太多，導致透光亮度色澤會有巨大的價差。

做為寶石，通常多晶會導致透光或顏色雜亂，不好看。

但是大自然形成的東西，哪那麼容易像在實驗室的完美條件下高機率出現大單結晶?
可能一整個礦場只能挖出一兩顆大小與結晶都完美的寶石，
或是挖到原石後，還得把不好看的多晶或雜質部位切掉或削掉，
所以可能原石是彈珠或雞蛋大小，但切削之後剩不到幾克拉，
這就是寶石做為飾品的價值要價不斐原因之一。

那問題來了，為什麼飾品寶石不用CVD製造?
而且大多都是都用HPHT?

其實不是CVD無法製造高級寶石，
主要在於CVD法雖然快速，
但是要用CVD長出足以成為高價飾品級的單晶鑽石卻較困難。

光是種子的品質就很大程度決定了成品的品質，
連種子的形狀都會決定寶石的品質、
沒有種子只有附著區的只能形成多晶鑽-黑鑽石-黑金剛石-黑曜石!

就算有高品質種子，整個反應過程還得小心地仔細控制，
才能穩定長出優良的寶石，但隨著技術成熟，
可能以後會取代HTHP成為人工飾品鑽石的主流方法。

但現階段HTHP的寶石品質較為優良，因為是模擬地球環境，花費六周，
讓鑽石慢慢結晶形成的，較容易有高機率產生大塊單結晶

而且HTHP的鑽石硬度還比天然的要高出許多，
因為現代HTHP的模擬壓力還比天然鑽石理論生成深度的壓力還要高，
目前人類以知最堅硬的物質就是用HTHP製造鑽石，
這種高硬度鑽石在在一些特殊精密儀器與學術研究用很廣泛使用。

例如以這種高硬度鑽石製造的壓力模擬器，能夠模擬出更接近地心的巨大壓力，
壓力大到可以把"水"直接壓成水結晶。

只不過HTHP的鑽石有一種較明顯的缺點，那就是色澤容易偏黃，
因為製造過程中容易遭受到鐵籬子的滲入。

市場上分辨是否用HTHP製造的人工鑽有一種方法就是用超強磁鐵去吸鑽石，
只要含有一點點鐵，鑽石就能被吸起來。

但HTHP的技術也進步不少，現在的HPHT鑽石已經無法簡單這樣分辨。

順便一提，HTHP鑽石近年還有一種新的特殊商業產值是CVD法無法取代的，
就是可以將親屬友人寵物等骨灰，將其製成鑽石。

回正題，千空等人發現石化裝置還完好的鑽石是透白的(沒有黑)
換句話說，極可能是晶體良好的單晶鑽。

因為多晶鑽往往看上去都是黑的，
是因為無數的多晶結構加上鑽石晶體的高折射率，
讓光線難以反射，導致看起來像黑的。

而他們以這種土炮設備能造出這種黑鑽石就得偷笑了！



話說雖然黑鑽石做為飾品價值是0，但因為多晶結構，導致他強度遠比寶石鑽石還大，
鑽石雖然硬度很高，但其實特定方向一敲就能輕易碎裂，
所以別拿你媽的鑽石項鍊戒指來亂玩，
因為單晶鑽石好看卻很脆弱，因為鑽石分子是正四方體結構，有特定方向的弱點，
如同一整堆疊好的積木，垂直方向的承受力，一台車壓上去都沒問題，
但從旁邊一推整個就垮。

順便一提，石墨烯是碳的同素異形體，那六角形的結構是最穩的結構之一，
使得石墨烯在強度與韌性上遠大於鑽石與鋼鐵。

而黑鑽石應為多晶的關係，具備鑽石硬度的同時，又大幅強化整體的強度與韌性，

最後順便說一句


板垣惠介你可以再喇叭一點!!
徒手捏鑽!? WTF?


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