要掌握好现代热力学就要首先真正掌握和理解热力学耦合。热力学耦合的全称或定义就是同一个体系中同时进行的多个不可逆过程之间的热力学耦合或相互“补偿”的现象。早在1865年克劳修斯在他引入“熵”和克劳修斯不等式的著名论文中就说：

 

第二基础原理，在我所给出的形式中，断定所有在自然界中的转变可以按一定的方向，就是我已经假定是正的方向，不需要补偿地由它们自己进行；但是对相反的方向，就是负的方向，它们就只可能在同时发生的正转变的补偿下进行。

 

其中有下划线的一句话就是克劳修斯对热力学耦合现象的最早对和启蒙式的描述。其中也强调了“正转变”和“负的方向”的过程“只可能在同时发生”。因此一些“（物理）热力学”家或爱好者或一些“经典热力学”家或爱好者要想去找到一个“平衡”或“可逆”的“热力学耦合体系”本身就可以说是犯了一个最基本的直接违反定义的错误。或者说一旦达到“平衡”“热力学耦合”现象也就不存在了。热力学耦合通常又叫反应耦合，因为绝大多数包含“热力学耦合”都是包含化学反应或生化反应的。纯物理的“热力学耦合”体系很少，没有太多的研究价值或已经被Kevin等研究过。

 

以下就举一个低压人造金刚石成功的生动实例：

低压人造金刚石在过去被(经典)热力学家认为是不可能做到的事，结果在1970年在前苏联做到了。现在在美国卡内基研究所已经得到非常漂亮的低压人造金刚石钻(见图1)。目前最大的低压金刚石单晶已经达到10克拉。

 

对激活低压人造金刚石成功的1986年历史文献中有一段简单的总结:

 

这项新的金刚石工艺具有一段奇妙的历史. 它是一个科学界的教训和通讯困难的故事. 可能是受到金刚石神秘性的影响, 使得一些科学家在提及他们的成就(指前苏联学者的低压人造金刚石)时曾经取笑地称之为 “点金术”. 这项激活气相工艺首先是在苏联被认识的, 此后到日本, 最后直到最近几年才传到西方.

 

1990年2月号Science 上发表了一篇总结性的评论说:

 

所有那些(已发表的)理论模型都至少在某些方面和实验事实不符.

 

1990年4月我们就在国际会议上发表了我们的热力学耦合理论模型。其中关键的要点就是激活低压金刚石气相生长体系中至少包含以下两个主要反应的热力学耦合：

反应1： 从稳相的石墨转变成亚稳相金刚石的反应。它在低压下是一个非自发反应，不可能单独自发进行。

反应2：H*(氢原子, 实际上是超过平衡浓度的原子氢因此加*号）缔合成氢分子的反应。它是一个很强的自发反应，不仅可以单独自发进行，还能为同体系同时发生的其他反应提供推动力。

总的耦合反应就是：石墨在原子氢缔合成氢分子反应的推动下转变成金刚石。

 

    从能量的角度来看也很简单。在低压下从稳相的石墨转变成亚稳相金刚石当然不能自发进行，原子氢变成氢分子肯定释放出很多可利用的能量，因此两者耦合在一起，很容易就实现从石墨到金刚石的低压转变。这样就完全符合热力学第二定律。

    这样的耦合反应机理就是：

    对不熟悉化学反应的学者可以看生化热力学中常用的双箭头表示耦合反应的简图如下:

   由于低压人造钻石的美丽魅力，在讲完相关课程或报告的结尾，我也往往借用一句钻石的常见广告语：

 

“一课（颗）永流传！”

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