科学家合成第二硬材料-皇冠体育平台

仅次于金刚石,可用于工具、传感器制造

时间:2023-12-26 12:57:04 来源:中国科学报

  科学家一直在尝试制造像金刚石一样坚硬的材料。金刚石作为地球上最坚硬的物质,是许多材料科学研究的基准。


  1989年,美国伯克利大学的a.y. liu和m.l. cohen从理论上预言了一种由碳和氮合成的材料,推断其硬度可与金刚石相媲美,甚至可能比金刚石更高。科学家采用各种手段试图在实验室合成这种化合物,但结果并不理想。


  现在,英国爱丁堡大学的dominique laniel和同事,在70万倍大气压下压缩金刚石钻头之间的碳和氮,并用激光加热到3000摄氏度,最终合成了这种几乎和金刚石一样硬的化合物—— 一种氮化碳的微小样本。该化合物有望应用于切割工具、传感器甚至炸药的制造。


  金刚石的硬度约为90gpa,而此前已知的第二硬材料——立方氮化硼的硬度在50gpa至55gpa之间。laniel说,他们合成的这种氮化碳新材料,硬度在78gpa到86gpa之间,这取决于形成的3种晶体结构中的哪一种。


  不过,laniel等人合成的氮化碳的硬度,推翻了1989年对该物质硬度将超过金刚石的预言。


  “之前硬度排名第二的立方氮化硼与金刚石在硬度上有着巨大的差距。而我们的合成结果弥补了这一差距。”laniel说,他们新合成的材料尽管被称为“氮化碳”,但这是两种迥然不同的元素。他们非常愿意接受更广泛的意见,为其定一个更为准确的名字。


  目前合成的样本只有5微米宽、3微米厚,扩大生产规模可能很困难。不过从理论上讲,使用更大的金刚石来压缩碳和氮,应该可以制造出更大块的材料,但合成所需的压力可能更高。而这些将使氮化碳的成本远高于金刚石。


  laniel表示,这种新材料具有金刚石所没有的优点,例如可以在压力下产生电信号,这可能使其应用于传感器。此外,该材料具有高能量密度,可能制成一种强大的爆炸物,但环境毒性要小得多。


  研究人员在日前出版的《先进材料》上公布了这一成果。


  相关论文信息:https://doi.org/10.1002/adma.202308030


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