科技日報實習(xí)記者 張佳欣
據(jù)近日發(fā)表在《自然》雜志上的論文，來自中國、德國和美國的一個研究小組開發(fā)出一種制造不易碎鉆石的方法，造出了新形態(tài)的鉆石——次晶金剛石。
結(jié)構(gòu)比較：結(jié)晶金剛石（左）和次晶金剛石（右）。右邊的結(jié)構(gòu)中，立方體排列的碳原子單元用綠色標(biāo)記，六邊形排列的碳原子單元用黃色標(biāo)記，不規(guī)則結(jié)構(gòu)用紅色標(biāo)記。圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)
先前研究表明，鉆石是已知的最堅硬的材料，但它卻很脆，容易被切割甚至粉碎。這是因為它們的原子結(jié)構(gòu)是有序的。多年來，科學(xué)家們一直試圖合成既保持硬度、又不那么脆的鉆石。現(xiàn)在，該團(tuán)隊已經(jīng)實現(xiàn)了這一目標(biāo)。
目前，制造鉆石的方法是將碳基材料放在一個類似虎鉗的裝置中，將其加熱到非常高的溫度，并用力擠壓。在這次的新嘗試中，研究人員使用了同樣的方法來制造一種原子結(jié)構(gòu)有序程度較低的鉆石。他們在其中增加了碳基材料富勒烯——也被稱為巴克球，是一種完全由碳原子組成的球形中空分子。在美容界，它是備受追捧的明星成分，被譽為“自由基殺手”，具有抗衰除皺、美白淡斑等作用。
研究人員在27—30吉帕（GPa）的壓力下將材料加熱到900℃—1300℃之間。值得注意的是，此次施加的壓力比用于制造商業(yè)鉆石的壓力要低得多。在加工過程中，富勒烯的球形結(jié)構(gòu)被強壓致塌陷，形成透明的次晶體鉆石，可以在室溫下被提取。
研究人員用電子顯微鏡觀察制造出的鉆石的結(jié)構(gòu)，并對樣品進(jìn)行了X射線衍射和原子建模。在此過程中，他們發(fā)現(xiàn)這一新型鉆石是由無序的sp3雜化碳組成的，不那么易碎。
與最近另一種新合成的相對不易碎的鉆石不同，此次制造的鉆石是一種次晶態(tài)金剛石。它有一個中程有序結(jié)構(gòu)，即原子在短距離內(nèi)有序，而非在長距離上有序，這意味著這種新的鉆石不會像天然鉆石那樣極易被切割。
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