毛河光的传说
首先,他接受了进一步测量铁和铁镍合金的压缩量的任务。他有条不紊的默默工作,发现导师们之前的工作是错误的。他纠正了这个错误,并继续将测量范围扩大到更高的压力和其他成分。这使他在2000年获得了硕士学位,并完成了两部重要著作,这两部著作讨论了如果地核主要由铁合金组成,地核会有什么性质。然后他开始攻读博士学位。研究课题是橄榄石可压缩性的测量。他创造了在短时间内完成一项重要工作的记录,并提交了一篇论文,为建立一系列地面慢模型提供了宝贵的资料。与此同时,他的导师们对它非常感兴趣,不仅因为它是一个很好的内压标准,还因为据报道,它在非常低的压力下,在1000 bar时发生相变。所以他们试图在这个压力范围内寻找相变的证据,但是一无所获。当他们几乎公布了这一负面结果时,毛河光注意到,在以压力为内标的实验中,一些样品的X射线衍射图中出现了一些额外的线条。他测量了这些线,发现它们实际上是高压相。然而,这种相变不会发生在1000巴以内,而是接近1000巴。当时,该压力是静态高压装置中达到的最高压力之一。毛河光利用高压使钻石快速生长的专利方法,于5月在日本和美国公开了一颗10克拉的钻石,震惊了学术界和珠宝界。
在过去,号称需要数百万年才能结晶的昂贵钻石,总是伴随着美丽浪漫的传说。彩色钻石甚至被描述为一颗带着彩虹坠入尘埃的星星。不过,毛河光说了一句有点煞风景的话:“牛粪能造钻石。”颠覆了普通人对钻石的价值观。毛河光预言:“21世纪是钻石的时代!20世纪最重要的发明是电脑,21世纪最重要的发明是会生长的钻石!总有一天,廉价优质的钻石将取代硅在半导体中的作用,硅谷将成为钻石谷,将人类的科技带入另一个世界。”
就像古代点石成金的巫师,三年前他们公开发表CVD钻石研究的专利申请时,全世界几百个实验室争相投入这种CVD(化学气相沉积)钻石研发,但因为无法突破钻石的生长速度,后来都退出了。毛河光和其他人花费了数百万美元进行实验,最终发现了钻石快速生长的秘密。今年5月,他们在日本举行的第十届国际钻石新技术会议上首次展示了一颗10克拉、透明无色的CVD钻石,随后在美国的一次实用钻石会议上以“非常大的钻石生产速度非常快”为题进行了展示。媒体马上大量报道,因为过去CVD生长的钻石一般都是棕黄色的,不能作为高档首饰,很难做三克拉,但是很大。9月,台湾留学生严志学博士将一颗两克拉的钻石赠送给美国GIA宝石学院具有珠宝鉴定资质的专家。专家研究了很久,好奇地问他这颗钻石是哪里来的,因为它有罕见的粉红色闪光,切割方式也很特别。专家保守估计要20万美元!颜志学得意地告诉他,这是CVD钻石,让那些打碎眼镜的专家张口结舌,问他们成本如何。他随口答道:“大概五千块钱吧!”专家掩饰不住内心的激动。他本来是拿着镊子,拿着钻石观察的,但是他下手的时候抖得很厉害,拿不住镊子。
事实上,这颗钻石的直接成本甚至不到5000美元。他们除了使用一块颜色较好、厚度为5毫米的天然裸钻作为原石,还使用高纯度的甲烷(牛粪或垃圾产生的沼气)和氢气、氮气等气体在微波炉中辅助,使甲烷中类似钻石的碳分子以高压方式不断堆积在原钻上,钻石层层生长。
这颗两克拉的粉色钻石是在一周内“生长”出来的。他们在实验室用激光切割后,又花了100美元,请师傅用基本的辉煌切割,把它变成一颗基本的钻石,顶圆底尖。
这颗“长大”的钻石质量几乎与天然钻石无异,肉眼难以分辨,震惊珠宝界。全球知名的宝石分级鉴定机构GIA对此非常感兴趣,其研究部门的工程师多次与他们联系,希望了解这颗钻石的特性和鉴定方法。
就连收藏最著名的温斯顿蓝钻“希望钻石”的华盛顿特区史密森尼学会,听到这个消息也很好奇,特意去他们的实验室做了一次演讲。
目前,许多国际知名的钻石制造商正在与他们就如何投资量产进行谈判。一旦他们投入量产,将彻底改变大家对钻石的价值观,冲击整个钻石市场。然而,毛河光说:“珠宝实际上是钻石中最不值钱的部分。这只是一个虚荣的装饰。钻石价格被人为炒作。在我看来,钻石的价格不应该这么贵。钻石量产后,可以更实惠,功能更多。钻石除了硬度最高外,也是导热、切割、研磨的好工具,未来可用于医疗、电子元件等领域。”他强调,钻石比硅好1000倍,未来可以取代硅在半导体中的作用。届时硅将成为恐龙(历史术语)。
虽然国内半导体公司的工程师对这种说法还是觉得“不可思议”,但是昂贵的钻石怎么可能用来替代硅呢?但是钻石批量生产后就变得便宜了。谁说未来不可能?科学的进化不是因为很多伟大的梦想!毛河光和他的研究伙伴赫姆勒(Hermle)因建立了“检测物质在超高压下的性质变化”的研究方法,分析了物质在不同高压下的相变和电磁性质的变化,近日获得巴尔赞奖,被授予一百万瑞士法郎(约合新台币2624万元)的奖金。
巴人奖是由意大利记者巴人的家族设立的。每年有20名欧洲科学家和学者负责评选和颁奖。前诺贝尔奖得主包括诺贝尔基金会、已故教皇约翰十三世、特蕾莎修女和台湾中央研究院生物组院士李文雄。毛河光还因其在矿物科学方面的成就获得了两项国际大奖,即美国皇家瑞典学院颁发的格雷戈里·阿米诺夫奖和美国矿物学会罗柏林奖章。他也是第一个获得这两个奖项的中国人。毛河光目前是美国卡耐基研究所地球物理实验室的负责人。为了知道各种物质在不同的高压下会发生什么,他用硬度最高的钻石做了一个针尖只有十分之几毫米的铁砧(因为接触面积越小,压力越大,比如高跟鞋比鞋子鞋跟更痛),压在被测物质上,施加一吨多的力,再用x光、激光、中子束等手段,
毛河光已经能够达到300万个大气压(地表1个大气压,海底100米深处11个大气压),这相当于地下5000公里的压力。他发现,在这种压力下,各种物质(包括气体)都可以被压成固体;即使是非金属的硫,不能导电,也可以变成金属,再一压就变成没有电阻的超导体。
毛河光的研究小组还开发了一种制造钻石的方法。他说钻石是碳在地下超高压下形成的。可以利用高压将高纯度甲烷中像钻石一样的碳分子堆积在原始钻石上,让钻石长大。他认为这些人造钻石可能在未来的半导体行业取代硅,制造出更小、更快、更省电、更耐热的芯片,让电脑主机缩小数百倍。
毛河光最近涉足能源和生命科学领域。比如氢气燃烧会变成水,是完全无污染的燃料。但氢要变成液体,必须在零下253摄氏度,很难携带。毛河光的研究发现,在2000个大气压下,水和氢可以结合成“水合物”。如果加入一些特殊物质,这种水合物的分解温度可以提高到5摄氏度,以后可以放在冰箱里携带,这将是一场能源短缺的危机。