蜡烛火焰中的钻石颗粒

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New insight into the soot nanoparticles in a candle flame

《化学通讯》杂志

http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2011/CC/c0cc05785a

Using anodic aluminium oxide films as collectors, all four well known carbon forms, diamond, graphitic, fullerenic and amorphous particles, are identified inside a candle flame, suggesting a new nucleation mechanism for diamond growth and fullerene formation in a combustion synthesizing process.


蜡烛的火焰总是闪动着钻石一样的光芒。英国华人学者周午纵和同事最近完成的一项研究显示，在蜡烛火焰中确实存在着纳米尺度的钻石颗粒，将来可能因此发现新的生产钻石的途径。

这个吸引人的“钻石级”发现，其源头却是一次跨学科的闲聊。英国圣·安德鲁斯大学化学系教授周午纵说：“我是做物质微结构分析的，而朋友谢菲尔德大学的张阳教授是研究燃烧的，有一次就聊到蜡烛火焰中究竟有什么，结果发现已有学术文献对此还不是很清楚，于是决定想办法看看。”

周午纵在接受新华社记者采访时说，以前研究蜡烛火焰多采用两种方法，一种是使用光谱等手段的原位分析法，但分辨率常常不够，另一种是用探针伸进火焰获取样本，虽然探针进出火焰只有零点几秒，但获取的样本也会在此期间因为火烤而发生变化。因此从事微结构研究的周午纵就想出了一个新的办法，即用电化学方法处理氧化铝薄膜，使其上分布有直径为几十个纳米的微小孔洞，将这种薄膜放入蜡烛火焰中，火焰中存在的物质就会钻进纳米孔洞，同时也就避开了火焰，可以获得较好的样本。

研究小组的苏梓学博士进行了实验，结果发现，这些纳米孔洞中含有碳的所有四种形态，即无定形碳、石墨、富勒烯和钻石。过去人们知道，在蜡烛火焰底部是碳水化合物，火焰顶部的产物是二氧化碳，而对火焰之中发生了什么，细节并不清楚。本次研究首次揭示了碳元素在火焰之中还会发生如此丰富多彩的变化。

周午纵说：“据估计，在蜡烛火焰闪动的每一秒，都会产生大约150万个纳米尺度的钻石颗粒。”除蜡烛火焰外，周午纵的团队还用煤气和木头做了实验，在其火焰中也发现了钻石颗粒。对于中国人常用的煤炭，虽然还没有进行测试，但他也认为其火焰中“很有可能存在钻石颗粒”。

不过，要从火焰中取出钻石来现在还有难度。因为这些钻石颗粒极为微小，很快就在火焰中燃烧了。对于“火中取钻”的前景，周午纵表示，将来如果有研究者顺着这个方向继续深入探索，有可能找到一种成本较低的生产钻石新途径。

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这个倒是可以解释中亚和印度历史上的拜火教的来源，以及犹太教中一些火祭的背景了。

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