学术不端被揭穿时，常常会归咎于学生或助手，这是学界行之有效的老套路。是邪？非邪？1906年度诺贝尔化学奖得主莫瓦桑的合成金刚石轻喜剧，就是以这样的套路落幕的。

　　撰文

　　曹则贤（中国科学院物理研究所研究员）

　　1 金刚石是炭

　　金刚石和炭都是天然矿物。金刚石见于冷却的火山口，一般是晶莹透明的（粉色或黄绿色的较罕见）块状，有棱角，坚硬（图1）。最重要的是，金刚石非常罕有，其质量单位为克拉 (1 carat=0.2 g)。因为晶莹剔透、不易损坏和罕见等特点，金刚石价值连城，它是富贵的符号，有时甚至能和爱情划等号。今天我们知道金刚石几乎所有的性质都取极值，比如它的热导率最大（可做大功率器件的热沉部件，金刚石比热的研究可是发展固体量子论的关键动力）、弹性模量最大而且脾气也最大（用氮原子替代金刚石中的一个炭原子可能会气走另一个炭原子，这个杂质-空穴对的电子态据说是纠缠的，可用于制作量子计算机），等等。与此相对，炭会形成大型矿，储量动辄以亿吨计。炭其貌不扬，没有正形，黑乎乎的，一蹭一手黑。炭中长得好看的叫石墨，泛亮亮的金属色（图1）。按固体物理学的说法，石墨是半金属或者间接带隙半导体，能隙为 -0.04 eV，所以导电。石墨呈层状结构，容易解理留下碎片。可以想见，炭（石墨）虽然有重要的应用，比如烧火、作铅笔芯和电池电极，它的身价却从没有高起来过。在1772年拉瓦锡 (Antoine Lavoisier) 燃烧金刚石觉察到金刚石是炭之前，炭从来没想过有金刚石这门富亲戚。就是今天，如果你胆敢对一个贵妇人说她钻戒上的金刚石就是你家烧火的煤球，atv，她也会直接把钻戒摔你脸上。

　　图1. 左：金刚石；右：石墨

　　金刚石，西文除了 diamond 外还称之为 adamas，αδ?μα?，意思是不坏。笔者猜测，中文金刚不坏和 αδ?μα? 这么一致估计是都来自梵语。金刚不坏的品性让化学家很不服气，在发现酸浴碱泡都不能撼动金刚石以后（其实没那么邪乎，金刚石划铁，吃亏的是金刚石），法国化学家拉瓦锡想到了用火烧（难道是受太上老君和孙悟空的故事的启发？）。1772年，拉瓦锡用级联的两面大透镜把阳光汇聚到一块金刚石上，发现金刚石化成一缕青烟，飞了（图2）。后来，英国人台南特 (Smithson Tennant) 重复了拉瓦锡的实验，并把金刚石和石墨放到一起烧， 然后将燃烧得到的烟雾通过石灰水，于1797年确立了金刚石和石墨在化学上完全是一种东西。它们的天壤之别，竟然仅仅是因为炭原子排列方式的不同（图3）。

　　图2. 拉瓦锡用透镜汇聚阳光煅烧金刚石

图3. 左：金刚石中炭原子的排列。每个炭原子周围是四个炭原子，这四个炭原子在正四面体的四个顶点上；右：石墨中炭原子的排列。层状，层中炭原子呈蜂窝状，每个原子周围是三个炭原子，两层两层重复排列，而两层之间错开30°。

　　2 点炭成金刚石的诱惑

　　在燃烧反应证明了金刚石是炭以后不久，据说法国化学家摩尔沃 (Guyton de Mouveau) 于1799年把金刚石直接给变成了石墨，这下子金刚石和炭是一家已是确定无疑。把金刚石给烧成烟和直接变成石墨，都是败家子的行为，让人不免摇头。不过若是反过来能将石墨给变成金刚石，那该是多么激动人心啊，大街上的女士们就都能带上镶着二斤金刚石的钻戒啦。科学史家可能未太重视的是，点石墨成金刚石可是比点石成金更有诱惑的事业，前者对科学家的引诱和对科学的促进与后者相比，毫不逊色。

　　为了推进科学和攫取财富，很多科学家投身于点石墨成金刚石的事业。1880年，英国人汉内 (J. B. Hannay) 宣称将石蜡、骨油和金属锂放入钢管中煅烧，获得了金刚石颗粒。这项工作得到了其他科学家的高度赞扬和追捧，但是人们发现汉内的结果无法重复，用此方法根本得不到金刚石。但是，科学家的热情不会因此有丝毫的影响，更多的人投身于此项伟大事业，更多的思考和方法在不同的实验室内被逐一试验。

　　3 穆瓦桑成功合成金刚石