科學(xué)家通過(guò)粉碎“巴基球”合成超硬“鉆石玻璃”

2021-11-25 13:25:54來(lái)源：cnBeta.COM 關(guān)鍵詞：玻璃材料閱讀量：20954

導(dǎo)讀：據(jù)New Atlas報(bào)道，美國(guó)卡內(nèi)基研究院的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種超硬“鉆石玻璃”。這種新材料完全由粉碎的碳“足球”制成，具有高導(dǎo)熱性，可用于電子領(lǐng)域。

　　據(jù)New Atlas報(bào)道，美國(guó)卡內(nèi)基研究院的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種超硬“鉆石玻璃”。這種新材料完全由粉碎的碳“足球”制成，具有高導(dǎo)熱性，可用于電子領(lǐng)域。

　　碳是一種多功能的元素，以各種原子排列方式形成許多穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，從石墨烯到鉆石。它們可以是重復(fù)的結(jié)晶模式，也可以像玻璃一樣是無(wú)定形的，而且原子鍵本身可以形成二維或三維，這決定了材料的硬度。然而，有些形式，如鉆石玻璃，比其他的更難制造。

　　這項(xiàng)新研究的作者費(fèi)英偉說(shuō)：“合成一種具有三維鍵的無(wú)定形碳材料是一個(gè)長(zhǎng)期的目標(biāo)。訣竅是找到合適的起始材料，在施加壓力的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)化。”

　　例如，如果你對(duì)石墨施加壓力，你最終會(huì)得到鉆石的結(jié)晶排列。鉆石本身似乎是制造鉆石玻璃的合理起點(diǎn)，但是它的熔點(diǎn)為4227 °C，對(duì)于實(shí)際使用來(lái)說(shuō)太高。該團(tuán)隊(duì)需要找到一種碳的形式，在加壓之前能夠變得足夠的原子無(wú)序。

　　他們?cè)诟焕障?Fullerene)中找到了他們的目標(biāo)，富勒烯被廣泛地稱(chēng)為“巴基球”，它由60個(gè)碳原子組成，排列成一個(gè)空心足球形狀。研究小組對(duì)它們進(jìn)行了加熱，直到球的形狀塌陷成無(wú)序排列，然后用一個(gè)多螺旋壓力機(jī)施加高壓。最終的結(jié)果是一種類(lèi)似鉆石的玻璃，它能夠被生產(chǎn)成毫米大小的碎片。

　　經(jīng)過(guò)仔細(xì)檢查，研究小組發(fā)現(xiàn)，新玻璃的硬度約為102GPa。這比自然形成的鉆石要高，但還不如AM-III，一種最近在中國(guó)合成的硬度高達(dá)113GPa的玻璃形式。

　　該團(tuán)隊(duì)還聲稱(chēng)，這種新的超硬玻璃在所有非晶材料中具有最高的熱導(dǎo)率，其K值為26。重要的是，它可以在900到1000℃的溫度下合成，這在工業(yè)制造的范圍內(nèi)。

　　費(fèi)英偉說(shuō)：“一種具有如此優(yōu)異性能的玻璃的誕生將為新的應(yīng)用打開(kāi)大門(mén)。新玻璃材料的使用取決于制作大塊的玻璃，這在過(guò)去是一個(gè)挑戰(zhàn)。我們能夠合成這種新的超硬金剛石玻璃的相對(duì)較低的溫度使得大規(guī)模生產(chǎn)更加實(shí)用。”

　　這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然》雜志上。

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