深爱五月 金刚石能被划伤？

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占领材料“大舞台”的碳材料

碳是地球上常见的元素，亦然组成有机生命体的基础元素。碳不错酿成各式具有不同性质的同素异形骸，举例咱们纯熟的石墨和金刚石（钻石）。二者虽同质为碳，但其原子结构不同，物感性能也饱和不同——铅笔芯和金刚石钻头就很直不雅地体现出一个的“软”与一个的“硬”。

铅笔芯（图源：《学问即是力量》杂志）

金刚石钻头（图源：《学问即是力量》杂志）

为什么会产生这么的性能互异？何如合成更多具有奇异性质的碳材料？这些问题一直激励着科学家的磋磨关爱，鼓动着碳材料科学的发展。跟着富勒烯、、碳纤维、碳纳米管、石墨炔等碳同素异形骸的问世，碳材料渐渐占领了21世纪材料学的大舞台。

“玻璃”划伤了金刚石

直播勾引

在传统解析中，金刚石刚硬无比，常常被用作玻璃材料的切割用具。中国燕山大学亚稳材料制备技能与科学国度要点本质室磋磨团队应用高温高压技巧，合成了一种新式非晶碳（玻璃态）材料——AM-III，用它不错划伤金刚石。

玻璃态材料是何如竣事“逆袭”的呢？从材料学角度看，除了石墨以外的其他碳形状王人是亚稳材料（亚稳材料是指热力学上处于亚稳情状的一大类材料物资，亚稳情状即包括原子、离子、解放基、化合物等在内的各式化学物种，在某种要求下，介于肃肃和不肃肃之间的一种化学情状）。通过科学技巧赢得亚稳碳材料是制备新式碳材料的迫切路线。

这里非凡先容一下“高压”这种材料制备技巧。高压下，物资里面的原子结构和能量情状会发生变化，竣事材料微不雅结构和性能的调控，从而规画并合成具有异常结构和性能的新式亚稳材料。

高压下的硬度挑战

科研东谈主员通过高温高压本质，合成了包括纳米孪晶金刚石（nt-diamond）、纳米孪晶氮化硼（nt-cBN）以及非晶碳（AM-III）等极硬材料，禁止向金刚石最硬材料的“王者地位”发起挑战。

在AM-III的合成本质中，磋磨东谈主员以富勒烯C60为原料，通过高温高压使其幻灭篡改成非晶态，再过程淬火从中幽囚亚稳态的非晶碳材料。

具体来讲，富勒烯C60是一种亚稳的球形分子晶体，压力和温度的升高会导致分子球幻灭成小碎屑或团簇，临了在高温高压的驱使下，这些微结构从头排布、成键，酿成簇新的、高密度的非晶碳结构。

这是一种全新的、当今已知最硬最强的半导体性非晶碳材料，不仅具有可比好意思单晶金刚石的极高硬度、压缩强度和热肃肃性，况且其带隙仅有金刚石带隙的2/5，与最常用的半导体非晶硅（a-Si:H）薄膜的带隙至极。如斯集中了优厚的力学性能与半导体性能的新式材料有望在光伏限制大展技艺。

撰文| 历帅

牵累剪辑 | 高琳 岳焕琦

运营剪辑 | 岳焕琦 李元龙

质地审核 | 业蕾

❖ 著述起首：《学问即是力量》杂志《高压下，碳材料的神奇 “逆袭” 》 ❖

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