研究人员创造超硬钻石玻璃

2021-12-29 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:979 /
内容摘要:
由吉林大学和其他地方的科学家合成的新型碳玻璃由许多随机取向的类金刚石有序簇组成,具有在任何已知非晶材料中观察到的最高硬度(101.9 GPa)、弹性模量和热导率。不同条件下回收的无定形碳(AC)样品的光学照片:(a)在20 GPa和1000摄氏度下合成的AC-1的光学照片;AC-......

由吉林大学和其他地方的科学家合成的新型碳玻璃由许多随机取向的类金刚石有序簇组成,具有在任何已知非晶材料中观察到的最高硬度(101.9 GPa)、弹性模量和热导率。

Optical photographs of the recovered amorphous carbon (AC) samples from different conditions: (a) optical photographs of AC-1 synthesized at 20 GPa and 1,000 degrees Celsius; (b) AC-2, 25 GPa and 1,000 degrees Celsius; (c) AC-3, 27 GPa and 1,000 degrees Celsius; (d) AC-4, 27 GPa and 900 degrees Celsius; (e) AC-5, 30 GPa and 870 degrees Celsius; and (f) AC-6, 37 GPa and 450 degrees Celsius. Image credit: Shang et al., doi: 10.1038/s41586-021-03882-9.不同条件下回收的无定形碳(AC)样品的光学照片:(a)在20 GPa和1000摄氏度下合成的AC-1的光学照片;AC-2、25 GPa和1,000摄氏度;AC-3,27 GPa和1,000摄氏度;AC-4、27 GPa和900摄氏度;AC-5、30 GPa和870摄氏度;和(f) AC-6,37 GPa和450摄氏度。影像学分:尚等,doi:10.1038/s 14586-021-03882-9。

无定形固体缺乏长程有序性,表现出许多优异的机械性能,并且通常易于成型以用于应用。

这类材料包括天然非晶固体、人造玻璃(氧化物和金属玻璃)、塑料、非晶半导体等,在很多领域都有生产和使用。

许多其他无定形材料已经被提议使用,但是由于具有挑战性的合成条件,仍然没有被实现和探索。

无定形碳由于其可调的性质和在应用中的重要性而引起了人们的强烈研究兴趣。

“合成具有3D键的无定形碳材料是一个长期的目标,”合著者魏莹·费博士说,他是卡耐基科学研究所地球和行星实验室的研究员。

"诀窍是找到合适的起始材料,通过施加压力进行转化."

因为熔点很高,在4500K以上,不可能以金刚石为起点合成类金刚石玻璃。

然而,作者通过使用富勒烯实现了他们的突破,富勒烯是一种由60个分子排列形成空心球的碳形式。

这种获得诺贝尔奖的材料被非正式地称为巴克球,在压力下将碳转化为晶体金刚石之前,它被加热到足以破坏其足球状结构以诱导无序。

研究人员使用大体积多砧压机来合成类金刚石玻璃,这对于表征来说足够大。

使用各种先进的高分辨率探测原子结构的技术证实了它的特性。 费博士说:“制造出具有如此优异性能的玻璃将为新的应用打开大门。

“新玻璃材料的使用取决于大块玻璃的制造,这在过去是一个挑战。”

“我们能够合成这种新型超硬金刚石玻璃的相对较低的温度使得大规模生产更加实用。”

该团队的工作发表在《自然》杂志上。

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Y.尚等2021。坍塌富勒烯的超硬大块无定形碳。自然599、599-604;doi:10.1038/s 14586-021-03882-9


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