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物理学家发现新形态超硬碳簇 可用于电子等领域

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图中模拟出作为最初原料的C-60布基球的结构(左图)和M-二甲苯溶剂(蓝色)宝马线上娱乐宝马线上娱乐,还有它的超硬形态(右图)宝马线上娱乐宝马线上娱乐宝马线上娱乐,即在金刚石压枪内部被超过40万大气压挤压后的样子。虽然被挤压的布基球是无定形的,但溶剂保持材料的远距离晶体秩序宝马线上娱乐。图片由王林提供宝马线上娱乐宝马线上娱乐,华盛顿卡内基研究所

钻石表面的光学显微照片显示的两个“环裂”的凹痕(洋红色箭头)宝马线上娱乐,这是它被用来压缩近33万大气压下的碳基球/二甲苯材料后留下的。这些凹痕表明,粉碎材料是“超硬”的宝马线上娱乐,也就是说,这种材料几乎和钻石一样坚硬宝马线上娱乐宝马线上娱乐宝马线上娱乐。


卡内基研究所的王林领导的一组研究人员,观察到一种新形式的超硬碳簇宝马线上娱乐宝马线上娱乐,其中同时存在结晶性和无序性的结构组合宝马线上娱乐,这是不同寻常的。这项发现在机械宝马线上娱乐宝马线上娱乐、电子、电化学使用等领域具有潜在应用价值宝马线上娱乐。这项研究工作发表在8月17日的《科学》杂志上宝马线上娱乐宝马线上娱乐。


碳是宇宙中第四大丰富的元素宝马线上娱乐,呈现出各种各样的形式——蜂窝状的石墨、做铅笔芯的石墨宝马线上娱乐、钻石宝马线上娱乐、圆柱型的碳纳米管、空心球状的富勒烯等等宝马线上娱乐。


一些形态的碳是晶体状的,说明碳晶体的结构是由重复的原子单元组成宝马线上娱乐”β硐呱嫌槔?;褂幸恍┨冀峁故俏扌虻?宝马线上娱乐,这说明这种结构缺少长距离晶体性的秩序宝马线上娱乐。结合晶体性和无序性元素的混合结构先前并没有被观察到过,尽管科学家们相信这种结构可以被创造。


王林的研究团队——包括卡内基研究所的杨文革、刘振贤宝马线上娱乐、斯坦尼斯拉夫·新奥节根和孟玥宝马线上娱乐宝马线上娱乐,他们开始于一个C-60网状结构的物质,它由高度集成化的碳基球粘合在一起宝马线上娱乐,这种碳基球是中空的圆形宝马线上娱乐宝马线上娱乐,由五边形和六边形环构成宝马线上娱乐。此外,将有机二甲苯溶剂放入球之间的空隙,形成了一个新的结构宝马线上娱乐。然后宝马线上娱乐,他们通过对此结构施加压力宝马线上娱乐宝马线上娱乐宝马线上娱乐,观察它随外界条件如何变化。


在相对较低的压力下,C-60网状结构能够保存宝马线上娱乐。但是随着压力的增加宝马线上娱乐宝马线上娱乐,网状结构开始崩塌成更多无定形的碳簇。然而无定形的结构依旧占据它们原先的位置,形成了晶格结构宝马线上娱乐宝马线上娱乐。


该研究小组发现宝马线上娱乐,有个狭窄的压力范围,大约32万倍的标准大气压宝马线上娱乐,在这个压力范围内,这种新型碳结构将被创造出来,即使外施压力消失也不会恢复原状。这将是寻找能够实际应用新材料的关键。


这种材料能够在高压条件下使钻石产生凹陷宝马线上娱乐宝马线上娱乐宝马线上娱乐宝马线上娱乐。这说明这种材料是超硬的宝马线上娱乐。


如果用来制成新形态碳的溶剂二甲苯被热处理移除宝马线上娱乐宝马线上娱乐,这种材料便失去其晶格的周期性宝马线上娱乐宝马线上娱乐宝马线上娱乐。这说明溶剂对于维持基础架构的化学过渡很重要宝马线上娱乐。正因为有许多相似的溶剂宝马线上娱乐,从理论上讲,它是一个类似但却是不同的宝马线上娱乐,碳晶格可以用施加压力的方式建构宝马线上娱乐。


“我们制造出了一种新型的碳材料,它可以与钻石相媲美宝马线上娱乐,不能被压缩,”王林说宝马线上娱乐,“一旦它在特殊压力下被制造出宝马线上娱乐,并可以在正常条件下存在宝马线上娱乐,说明它有实际应用的价值”宝马线上娱乐。


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