30 11 月, 2021

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使用碳巴基球制成的全新金刚石玻璃

研究人员使用多砧活塞将 C60 富勒烯转化为金刚石玻璃,类似于在高压设备中将石墨转化为金刚石的过程。 图片来源:费英伟的照片

它是已知最硬的玻璃,在所有玻璃材料中具有最高的热导率。

卡内基大学的 Yingwei Fei 和 Lin Wang 是一个国际研究团队的成员,该团队合成了一种新形式的超硬碳玻璃,具有广泛的潜在设备和电子实际应用。 它是已知最硬的玻璃,在所有玻璃材料中具有最高的热导率。 他们的发现发表在 脾气本性.

在理解物质的特性时,函数遵循形式。 它的原子如何在化学上相互关联,以及由此产生的结构排列,决定了材料的物理特性——包括肉眼可见的和仅通过科学研究揭示的。

碳在形成稳定结构的能力方面是无与伦比的——单独或与其他元素结合。 某些形式的碳是高度结构化的,具有重复的晶格。 其他的则更无序,形容词称为无定形。

将碳基材料结合在一起的键类型决定了其硬度。 例如,软石墨具有二维键,而硬金刚石具有三维键。

“合成具有三维键的无定形碳材料一直是一个长期目标,”费伊解释说。 “诀窍是找到合适的起始材料,在施加压力的情况下进行转化。”

“几十年来,卡内基研究人员一直处于该领域的前沿,利用实验室技术产生极端压力来生产新材料或模拟行星深处发现的条件,”卡内基地球和行星实验室主任理查德卡尔森补充道。

由于其极高的熔点,不可能以金刚石作为类金刚石玻璃成分的起点。 然而,由吉林大学刘冰冰和前卡内基大学访问研究员姚明光领导的研究小组通过使用由60个分子排列形成空心球的碳形式取得了重大进展。 这种获得诺贝尔奖的材料,非正式地称为巴基球,已经被加热到足以粉碎其足球般的结构,在压力下将碳变成结晶钻石之前造成严重破坏。

该团队使用超大的多砧压机来制造类金刚石玻璃。 玻璃足够大以进行表征。 使用各种先进的高分辨率技术来研究原子结构,已经证实了它的特性。

“制造具有这些卓越性能的玻璃将为新应用打开大门,”Fay 解释说。 使用新的玻璃材料依赖于制造大件,这在过去一直是一个挑战。 我们能够制造这种新型超硬金刚石玻璃的温度相对较低,这使得大规模生产更加实用。 ”

参考文献:“来自塌陷富勒烯的超硬无定形碳”作者:Yuchen Shang、Zhaodong Liu、Jiajun Dong、Mingguang Yao、Zhenxing Yang、Quanjun Li、Chunguang Zhai、Fangren Shen、Xuyuan Hou、Lin Wang、Nianqiang Zhang、Wei Zhang、Rong Fu、Jianfeng Ji、Xingmin Zhang、He Lin、Yingwei Fei、Bertil Sundqvist、Weihua Wang、Bingbing Liu,2021 年 11 月 24 日, 脾气本性.
DOI:10.1038 / s41586-021-03882-9

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。

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