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科学|七夕节最“硬核”礼物：厦大物理系新生的钻戒，莫桑石是啥东西？


8月25日是七夕节 ， 不知道各位有送出礼物呢还是有收到礼物？但厦大20届新生可是收到了最为“硬核”的礼物 ， 一枚莫桑石制作的“钻戒” ， 厦大招生办公众号晒出了“强基计划”招生学院给物理系新生们准备的见面礼 。

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什么是莫桑石？它的价值到底几何？
莫桑石是“moissanite”英文的近音译 ， 也称
摩星石
， 是天然碳化硅晶体的俗称 ， 1893年法国化学家首先发现这种天然碳化硅晶体 ， 这种晶体在自然界极其罕见 ， 只有陨石中或者超基性岩中才有零星发现！

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比较有趣的是这些超基性岩比如金伯利岩也是钻石的诞生地 ， 不过自然界出产的碳化硅晶体的尺寸很小 ， 根本就无法用来制作首饰级的宝石 ， 说到这里 ， 大家可能会认为莫桑石比钻石还罕见 ， 而且宝石级的莫桑石还凤毛麟角 ， 那么它是不是钻石还珍贵？

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其实错了 ， 莫桑石价格大约只有钻石的十分之一 ， 而且它已经进入了大规模的工业化生产 ， 由于莫桑石硬度极高 ， 达到了9.25 ， 和钻石的硬度10相差不大 ， 因此很多需要用钻石级硬度应用已经比莫桑石代替 。

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而且莫桑石的折射率和色散都和钻石差不多！也就是说 ， 假如有人用一枚莫桑石制造的戒指 ， 然后告诉你这是克拉级钻戒 ， 个人是很难分辨的！因此莫桑石在首饰行业还非常吃香 ， 很多珠宝商家都有莫桑石钻戒出售！

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除了作为宝石级用途外 ， 碳化硅更广的是工业用途 ， 比如磨料和切割工具以及结构材料 ， 另外还在天文上用作望远镜镜面材料 ， 比如赫歇尔空间天文台和同温层红外线天文台就有碳化硅制造的镜片！它还能掺杂氮或磷可以形成n型半导体而掺杂铝、硼、镓或铍形成p型半导体 ， 也就是制造芯片的材料！在功率电子元件上也被制造用来替代IGBT ， 取得更低的功耗等等！

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碳化硅到底是怎么制造出来的 ， 它和钻石到底有多少差别？
其实碳化硅的来历还真和钻石有些关系 ， 自从1797年科学家发现钻石几乎就有纯碳组成后（碳的通俗异构体） ， 就一直想通过人工制造的方法来大量生产钻石 ， 科学家也尝试了N种钻石的制造方法 ， 所以碳化硅只是在无数种制造钻石的方法中的一次意外！

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1890年由爱德华·古德里奇·艾奇逊就是在尝试铁锅中加热硅酸铝（黏土）和焦炭粉的混合物 ， 计划合成人造钻石的过程中发现了这个后来可以量产合成碳化硅的方法！不过它当时以为碳和铝化合物刚玉 ， 因此被称为金刚砂！

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艾奇逊（E.G. Acheson）
1893年艾奇逊折腾出了工业生产碳化硅的方法 ， 这就是后来大名鼎鼎的艾奇逊炉 ， 这种方法是以碳质材料为炉芯体的电阻炉 ， 通电加热石英SiO2和碳的混合物生成碳化硅 ， 这种炉一直被沿用至今 。 当然碳化硅也不只是这种方法 ， 还有比如熔融的单质硅熔解单质碳、将碳化硅和硅石的混合物熔化和在电炉中用单质碳还原硅石的方法等等 。


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