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地球上有没有天然碳化硅,碳化硅为什么被称为莫桑石/莫桑钻

 

[碳化硅材料的起源(天然篇)]

碳化硅材料具有优异的理化性能,这也使得它被人们发现的历程别具一格,慧眼的科学家最终在陨石中发现了它,可是碳化硅材料却也常常被人们称为“人工晶体”。

这是为什么?咱们就钩沉史料,浅聊碳化硅的前世今生。

浅聊碳化硅的起源——天然篇

碳化硅(SiC),作为第三代半导体的优秀材料代表之一,无疑成为各路资源逐鹿的对象,当然了,碳化硅产业链涉及众多——从单晶生长到衬底加工、从外延生长到器件制备、从模块封装到产品落地。

碳化硅产业线

作为起笔落字第一篇,我就从碳化硅材料的起源开始聊起吧(PS其实也就仅仅了解一些晶体方面的技术花边)。

为了更好地描述碳化硅材料的起源,我们有必要将天然碳化硅和人工合成碳化硅材料做一下区分。下面就说说天然碳化硅材料。其实碳化硅也被称为碳硅石或者莫桑石,在磨料模具行业,碳化硅又常常被称为金刚砂。

碳化硅不同的产品形态(黑碳化硅和绿碳化硅在磨料模具行业通称为金刚砂,碳化硅片为II-IV半绝缘产品图)

01 地球上没有天然碳化硅

前文已经提到天然碳化硅,为什么又有此疑问?难道不矛盾吗?

矛盾之“矛”说,地球上是没有天然碳化硅的。

矛盾之“盾”说,地球上是存在天然碳化硅的。

据现有的资料表明,地球上是存在天然碳化硅的,只是这些天然碳化硅来源于太阳系外的“舶来品”,而非地球的“土特产”。

人们可以在金刚石diamond(s)、捕虏岩 xenolith(s)、超镁铁质岩ultramafic rock(s)中发现有天然碳化硅晶体的存在[1],但是经过T Yokoyama等人用Os同位素精确分析证明这些来源于这些岩石来源于太阳前颗粒[2]。

从时间顺序来讲,SiC材料是从陨石中发现的第一种前太阳微粒,也是到目前为止研究资料较为丰富的太阳前颗粒。

Janaina Nunes Avila拍摄的太阳前碳化硅颗粒的扫描电子显微照片,长约8微米

太阳前颗粒(百度百科):

太阳前颗粒是在主要流星体内细小颗粒的填充物的群集,像是球粒陨石,中发现的独特同位素物质,它们不同于周围的流星体,被认为比太阳系更古老。在这些群集中的结晶体从微米大小的碳化硅晶体,到少于100颗原子的钻石和拧散的石墨晶体。

百度百科

太阳前颗粒(维基百科):

太阳前颗粒是起源于太阳形成之前的某个时间里,就在星际空间形成的微小固体物质。陨石学家经常用这个名词来表示起源于一颗恒星的颗粒,也就是 "星际尘埃";他们从陨石中提取这些颗粒进行研究。

维基百科

02 碳化硅为什么又被称为莫桑石/莫桑钻

碳化硅被称为碳硅石不足为奇,毕竟碳和硅是它的化学成分。

莫桑石的称呼有何渊源呢?与发现该物质的“伯乐”密不可分;是的,他就是莫桑(Moissan)。

奇怪名字的背后,都隐藏着美丽或凄惨的故事

1893年,法国化学家亨利·莫桑(Henri Moissan)在研究代亚布罗峡谷陨石碎片样本时发现了一种微量的新矿物,起初亨利·莫桑将该新矿物晶体误认为是钻石,但是在1904年,亨利·莫桑将该矿物晶体确定为碳化硅。

法国化学家亨利·莫桑(Henri Moissan)

1905年,为了纪念亨利·莫桑的新发现,将这种矿物命名为莫桑石。

在这里有必要交代一下代亚布罗峡谷陨石的背景。诚然,该陨石并不出名,但是它的代表作却非常出名,4.9万年前,代亚布罗峡谷陨石撞击了地球35º03’N,110º02’W(该位点位于亚利桑那州弗拉格斯塔夫东部约40英里的地方)地方,由此形成了著名的巴林杰陨石坑。

巴林杰陨石坑

巴林杰陨石坑名字由来。

在1903年前,当时的大多数地质学家都认为该地质形貌是由于火山喷发造成的,而当采矿工程师巴林杰坚信这是由于陨石撞击地球形成的,并于1906年与他的搭档发表了关于撞击的论文。这一说法得到了后续科学家的印证,人们为了纪念他,故将全世界第一个被科学家“确诊”的撞击坑命名为巴林杰陨石坑。

References:

[1]. Di,et al., Rock-forming moissanite (natural α-siliconcarbide). American Mineralogist, 2003.

[2]. Yokoyama,T., et al., Nucleosynthetic Os Isotopic Anomalies in Carbonaceous Chondrites.Lunar and Planetary Science Conference, 2007.

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