世界一硬いダイヤモンド
兵庫教育大や東京工業大などのチームが、世界で一番硬いダイヤモンドになりうる「非結晶ダイヤモンド」を黒鉛から作ることに、成功した。
「黒鉛」とは鉛筆に使われている「炭」のこと。鉛という字が使われているが、これは以前に鉛が含まれていると思われたから。実際には鉛はまったく含まれていないので、このよび方は変えた方がよいと思う。そのためか最近では「グラファィト」と英語で呼ぶ場合もある。
「非結晶ダイヤモンド」とは分子配列が不規則な部分があるダイアモンドで、すべて規則正しい結晶の場合と比べ、固くなる性質がある。
原子炉で人工ダイヤモンド
今回、兵庫教育大の庭瀬敬右教授らは、実験用原子炉内で「黒鉛」に中性子線を当ててダメージを与えた。その「黒鉛」に、秒速1.7キロの速さで金属片をぶつけ、一瞬、高圧高温の状態にすると、最大100マイクロメートルのガラスのような破片ができた。破片に光を当てて分析すると、結晶の粒が極限まで小さく、粒の向きがそろっていない非結晶ダイヤになっていた。
庭瀬さんは「ダイヤは結晶の粒が小さいほど硬いと予測している。今回作った非結晶ダイヤは、世界で最も硬いダイヤモンドになった可能性がある」と話している。( 2009年3月19日 asahi.com )
自然界のダイヤモンド
ダイヤモンドはマントル起源の火成岩であるキンバーライトに含まれる。キンバーライトの貫入とともにマントルにおける高温・高圧状態の炭素(ダイヤモンド)が地表近くまで一気に移動することでグラファイトへの相変化を起こさなかったと考えられている。
キンバーライトは、カンラン石と雲母を主要構成鉱物とする超塩基性の火成岩。先カンブリア時代に生じた世界的な造山運動により生成された。このため、分布は大陸奥地の古い地質条件が保たれている地域に限られる。
そのためダイヤモンドが産出する国は限られている。ダイヤモンド産出上位6カ国は、ロシア (22.8%)、ボツワナ (19.9%)、コンゴ民主共和国 (18.0%)、オーストラリア (13.2%)、南アフリカ共和国 (9.3%)、カナダ (8.1%) だけで、世界シェアの90%を占める。
人工ダイヤモンドのつくり方
高圧合成法
ダイヤモンドを人工的につくる試みは19世紀から行われているが、実際に成功したのは、1955年3月に米国のゼネラルエレクトリック社が高温高圧合成により人類初のダイヤモンド合成に成功した。
2003年には、愛媛大が世界一硬い人工ダイヤをつくったと、英科学誌ネイチャーに発表している。このダイヤは直径10〜30ナノメートル(1ナノメートル=100万分の1ミリ)という、細かいダイヤの粒が集まった“多結晶体”で、ナノ多結晶ダイヤモンド(NPD)と名づけられた。現在は、4mm程度までの大きさまで合成することができる。
この合成には、世界最大級の超高圧発生装置「ORANGE-3000」を用いて、15万気圧・2300度という高圧高温条件下で行っている。このように高圧高温下で行う、ダイヤモンド合成法を高圧合成法という。
気相合成法
もう一つの方法は、真空装置を用い、基盤に炭素を含むガスを吹き付けて、ダイヤモンドの結晶を成長させていく方法がある。これを気相合成法という。
この方法では、原料になるガスとして、主にメタンを使用するが、アルコールや一酸化炭素などの炭素を含むガスであれば何でも使用できる。これまで日本酒やウイスキーからダイヤモンドを成長させた報告もある。
気相合成法のダイヤモンドには炭素原子の結合の乱れである欠陥が多く、高圧合成法では触媒に用いた金属や窒素などが不純物としてダイヤモンドに混入して黄色く着色するため、宝石に使用できる高品質の合成ダイヤモンドはどちらの方法でもまだ得られていない。
参考HP Wikipedia「ダイヤモンド」・ ダイヤモンドを光でつくる
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