科学家突破传统：利用电子辐射低压合成钻石

9 月 6 日消息，传统的钻石合成通常需要在极端条件下进行，例如在数十吉帕的高压和数千开尔文的高温下，使碳源转化为人工钻石，或采用化学气相沉积方式。

东京大学一科研团队现提出了一种新的人工钻石合成方法。他们通过电子束辐射碳笼分子金刚烷（C10H16），不仅能够在低压条件下实现钻石的合成，还能同时避免有机样本受电子束损伤。

这一成果或将为成像与分析技术开辟新的方向，相关研究已于当地时间 9 月 4 日发表在《科学》上（DOI: 10.1126/science.adw2025）。

钻石与金刚烷具有相同的四面体对称碳骨架，碳原子空间排布方式一致，使金刚烷成为合成纳米钻石的理想前体。成功的转化过程需要精准切断金刚烷的 C–H 端基键，并形成新的 C–C 键，最终组装成三维钻石晶格。然而，在此之前，没有人认为这是可行的方案。

该团队利用透射电子显微镜（TEM），在真空条件下以 80–200 千电子伏的能量对金刚烷亚微晶进行数十秒的辐照，同时保持在 100~296 开尔文（注：-173.15 ~ 22.85 ℃）的温度范围内。

实验过程中，科研团队通过原子级分辨率 TEM 实时监测电子轰击电离过程。该方法不仅揭示了纳米钻石聚合形成的过程，还展示了 TEM 作为一种控制和解析有机分子反应的强大潜力。

中村荣一教授表示：“计算数据提供的是 ' 虚拟 ' 反应路径，而我需要亲眼验证。自 2004 年以来，我的研究始终致力于推翻 ' 电子束会导致有机分子快速分解 ' 的传统认知。”