占领材料“大舞台”的碳材料
碳是地球上常见的元素，亦然组成有机人命体的基础元素。碳不错酿成多样具有不同性质的同素异形骸，举例咱们熟习的石墨和金刚石（钻石）。二者虽同质为碳，但其原子结构不同，物感性能也都备不同——铅笔芯和金刚石钻头就很直不雅地体现出一个的“软”与一个的“硬”。
铅笔芯（图源：《学问即是力量》杂志）
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金刚石钻头（图源：《学问即是力量》杂志）
为什么会产生这么的性能各异？若何合成更多具有奇异性质的碳材料？这些问题一直引发着科学家的筹办祥和，鼓动着碳材料科学的发展。跟着富勒烯、、碳纤维、碳纳米管、石墨炔等碳同素异形骸的问世，碳材料冉冉占领了21世纪材料学的大舞台。
“玻璃”划伤了金刚石
在传统默契中，金刚石鉴定无比，频频被用作玻璃材料的切割器具。中国燕山大学亚稳材料制备技艺与科学国度重心施行室筹办团队行使高温高压技巧，合成了一种新式非晶碳（玻璃态）材料——AM-III，用它不错划伤金刚石。
玻璃态材料是若何竣事“逆袭”的呢？从材料学角度看，除了石墨除外的其他碳方式都是亚稳材料（亚稳材料是指热力学上处于亚稳现象的一大类材料物资，亚稳现象即包括原子、离子、解放基、化合物等在内的多样化学物种，迪士尼彩乐园在某种条款下，介于牢固和不牢固之间的一种化学现象）。通过科学技巧取得亚稳碳材料是制备新式碳材料的进犯路线。
这里很是先容一下“高压”这种材料制备技巧。高压下，物资里面的原子结构和能量现象会发生变化，竣事材料微不雅结构和性能的调控，从而策画并合成具有迥殊结构和性能的新式亚稳材料。
高压下的硬度挑战
科研东谈主员通过高温高压施行，合成了包括纳米孪晶金刚石（nt-diamond）、纳米孪晶氮化硼（nt-cBN）以及非晶碳（AM-III）等极硬材料，不断向金刚石最硬材料的“王者地位”发起挑战。
在AM-III的合成施行中，筹办东谈主员以富勒烯C60为原料，通过高温高压使其落空周折成非晶态，再过程淬火从中拘押亚稳态的非晶碳材料。
具体来讲，富勒烯C60是一种亚稳的球形分子晶体，压力和温度的升高会导致分子球落空成小碎屑或团簇，临了在高温高压的驱使下，这些微结构再行排布、成键，酿成极新的、高密度的非晶碳结构。
这是一种全新的、当今已知最硬最强的半导体性非晶碳材料，不仅具有可忘形单晶金刚石的极高硬度、压缩强度和热牢固性，何况其带隙仅有金刚石带隙的2/5，与最常用的半导体非晶硅（a-Si:H）薄膜的带隙很是。如斯相聚了优厚的力学性能与半导体性能的新式材料有望在光伏限度大展本领。
撰文| 历帅
职守裁剪 | 高琳 岳焕琦
运营裁剪 | 岳焕琦 李元龙
质料审核 | 业蕾
❖ 著述开首：《学问即是力量》杂志《高压下，碳材料的神奇 “逆袭” 》 ❖
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