制造水晶

寶石是最硬的礦物件，在自然界中，一些礦物質(zhì)在地底下形成，地下熾熱的液體巖漿- 巖漿- 冷卻。在液體里的一些原子和分子在不斷重復(fù)模式下，開(kāi)始碰撞在一起，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)叫做水晶。如果礦物是美麗，穩(wěn)定和稀有的，它就被人們當(dāng)作是寶石。當(dāng)?shù)V物被加熱，高壓，或接觸到新的化學(xué)元素也會(huì)形成寶石。

圖:使用化學(xué)氣相沉積法CVD(chemical vapor deposition)方法，可以相對(duì)比較快的形成鉆石.

當(dāng)火山爆發(fā)和山脈形成的時(shí)候，寶石被推向了地球的表面，隨著時(shí)間的推移，巖石分化之后，就露出了寶石。

為了在實(shí)驗(yàn)室制造寶石，研究者們模擬了寶石在地球地表下形成的過(guò)程，每塊都有一定化學(xué)成分的配方，例如：翡翠是由鋁的氧化物(aluminum oxide)、鈹(beryllium)、硅(silica)和一些鉻(chromium)構(gòu)成，紅寶石包含鋁的氧化物和一點(diǎn)點(diǎn)鉻。

科學(xué)家通常熔化這些構(gòu)成寶石的成份，或者溶于水或其它化學(xué)溶劑中，再把混合物加熱到1000攝氏度—煮沸水的溫度的十倍。液體慢慢冷卻，冷卻的過(guò)程是消耗掉在混合物的原子和分子之間的能量，使得它們聚集到一起形成晶體，晶體不斷慢慢生長(zhǎng)變大，就像磚塊不斷地堆積，形成房子一樣。

由于他們含有相同的成分，所以很難分辨出實(shí)驗(yàn)室制造出來(lái)的寶石和自然界形成的寶石差別，但是它們有細(xì)微的差別。位于美國(guó)新墨西哥州東南部的卡爾斯巴德(Carlsbad)，一位寶石研究所的地質(zhì)專(zhuān)家詹姆士.史格雷(James Shigley)說(shuō)，例如，許多天然寶石包含少量的水分，但是一些實(shí)驗(yàn)室制造出來(lái)的寶石沒(méi)有。

在寶石形成過(guò)程中，其它物質(zhì)也被包含在寶石中形成，我們叫它們?yōu)閵A雜物。由于科學(xué)家控制晶體生長(zhǎng)的條件，實(shí)驗(yàn)室制造出來(lái)的寶石具有極少的夾雜物。“天然寶石表達(dá)著地球一次幸運(yùn)的意外”史格雷說(shuō)。

巨大的擠壓

鉆石與其它寶石有些不同，因?yàn)樗�的形成過(guò)程需要巨大的壓力。想像一下埃菲爾鐵塔倒過(guò)來(lái)，尖端朝下，所有的重量都?jí)涸趲桌迕讓挼膮^(qū)域的壓力。位于美國(guó)紐約市的自然歷史博物館的礦物專(zhuān)家，喬治.哈洛(George Harlow)說(shuō)，這就是天然鉆石在很深的地底下形成所需要的壓力。

并且鉆石只有碳(carbon)一種化學(xué)元素構(gòu)成，一種在所有生物體內(nèi)都具有的元素。如果你一層層地像紙一樣排列碳原子，就能得到石墨(graphite)—它是一種非常柔軟的材料，在鉛筆的筆芯中就有這種物質(zhì)。但是如果你讓每一個(gè)碳原子連接四個(gè)碳原子構(gòu)成一種三維的結(jié)構(gòu)，就能得到鉆石—它是一種極度強(qiáng)硬的物質(zhì)。

圖：先進(jìn)鉆石公司(Advanced Diamond Technologies Inc)使用鉆石開(kāi)發(fā)出能夠檢測(cè)飲用水中細(xì)菌和產(chǎn)生信號(hào)的微型傳感器.

在美國(guó)佛羅里達(dá)州西部城市薩拉索塔(Sarasota)，一個(gè)叫戈麥斯(Gemesis)的公司具有幾百臺(tái)的鉆石制造機(jī)器。科學(xué)家們使用一塊很小的鉆石作為“種子”，他們把它放進(jìn)一個(gè)含有石墨和一些秘密的其它化學(xué)混合物的陶瓷容器中，合上容器，用金屬塊夾住它，并加熱。

當(dāng)石墨熔解了，石墨就分解成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的原子，這些原子就貼到“種子”上，“種子”就開(kāi)始生長(zhǎng)了—鉆石就慢慢變大。戈麥斯(Gemesis)公司的技術(shù)與工程副總裁卡爾.帕爾遜(Karl Pearson)說(shuō)：“四天后就出來(lái)了一顆鉆石”。