钻石纹理

人造金刚石玻璃是已知的同类材料中最坚硬的

图片来源:Dreamstime

位于华盛顿特区的卡内基科学研究所的研究人员与来自世界各地的合作者合作,合成了一种超硬金刚石玻璃。这种新材料是目前已知的最硬的玻璃,在所有玻璃材料中导热系数最高。

这种新型超硬玻璃在电子设备上有着丰富的潜在应用。

当涉及到理解材料的特性时,功能服从形式。一种材料的原子是如何化学结合的,以及由此形成的结构决定了它的物理性质。这既适用于肉眼可见的性质,也适用于那些只有用专业仪器探测才能发现的更微妙的性质。

在形成稳定结构方面,碳具有无与伦比的多功能性,无论是单独使用还是与其他元素结合使用。一些碳基材料具有具有重复晶格的高度组织结构(例如金刚石结构),而其他材料则更加无序或无定形。玻璃是一种非结晶的非晶态材料,通常是通过快速冷却形成的,比如在闪电击中沙子之后。

碳基材料的化学键性质决定了它的硬度。例如,软石墨有2D键,硬金刚石有3D键。

卡内基科学研究所的费英伟博士解释说:“合成具有3D键的非晶态碳材料一直是一个长期的目标。”“诀窍在于找到合适的起始材料,在施加压力的情况下进行转化。”

由于其熔点极高,不可能以金刚石为“起点”来合成类金刚石玻璃。

由中国长春吉林大学的科学家领导的研究小组利用一种被称为巴克球的碳形式取得了突破。巴克球是由60个碳分子结合在一起形成中空的球状结构。当非常精确地加热时,这种材料的结构会发生坍塌,从而导致无序,然后在压力下将碳变成晶体金刚石。

该团队使用了一个大容量的多砧压机来合成这种类金刚石玻璃。它的最高性质被证实使用各种高分辨率技术探测原子结构。利用这种方法,科学家们能够合成体积为早期研究中产生的材料的1000到10000倍,而不影响纯度。

“具有如此优越性能的玻璃的创造将为新的应用打开大门,”费继续说道。“新玻璃材料的使用取决于制作大型作品,这在过去是一个挑战。我们能够在相对较低的温度下合成这种新型超硬金刚石玻璃,这使得大规模生产更加实际。”

卡耐基地球与行星实验室主任理查德·卡尔森说:“几十年来,卡耐基的研究人员一直走在该领域的前沿,他们利用实验室技术产生极端压力,以生产新型材料或模拟行星内部深处的条件。”

介绍了超硬玻璃的合成方法一个自然

报名参加E&T新闻电子邮件让像这样的精彩故事每天都发送到你的收件箱。

最近的文章

Baidu
map