長久以來，金剛石（鉆石）一直占據(jù)著“世界最硬自然物質(zhì)”的寶座，任憑科學(xué)家怎么摸索，都找不到比它更硬的材料。然而從去年開始，情況發(fā)生了變化。自 從去年法德科學(xué)家做出了接近金剛石硬度的納米材料之后，最近，上海交大的計算物理學(xué)家從理論上計算出了兩種世界最硬物質(zhì)的可能，其分別比常規(guī)的立方金剛石 硬18%和58%。
　　
　　硬度是金剛石的1.5倍
　　
　　上海交大物理系的孫弘教授說，人類尋找最硬材料尋找了三十多年，投入了很多的資金，卻一直沒有突破金剛石的硬度。
　　
　　去年，一個法德合作小組做出了立方氮化硼和纖鋅礦氮化硼兩種材料的納米顆粒混合物，其硬度接近金剛石。然而，立方氮化硼這種材料其實很“軟 ”，硬度只有金剛石的60%左右，因此，默默無聞的纖鋅礦氮化硼開始引起人們的注意。這種材料屬于亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，在自然界和實驗室中只以少量的微小顆粒形式存 在。
　　
　　孫弘介紹，此前有人對它的硬度計算忽略掉了正向的壓力這一重要影響，所以計算并不成功。“受力測試的時候，材料一般會經(jīng)受垂直向下的壓力，也有側(cè)面向外推的力，后者的力一般會把材料破壞掉，但有些材料的垂直壓力會阻礙側(cè)向壓力。”孫弘說。
　　
　　他與博士生潘梓誠進行了同樣的計算，但考慮進了這個影響，最終從理論上得出結(jié)果，這種材料比已知最硬的立方金剛石還要硬18%。
　　
　　為了進行比較，他們還找來了同樣屬于亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)的六方金剛石，相對于常規(guī)的立方金剛石，六方金剛石也是只能以很小的顆粒狀存在，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它的硬度同樣很高，甚至高于立方金剛石58%！他們的研究得以在最新一期的權(quán)威期刊《物理評論快報》上刊登。
　　
　　超硬材料應(yīng)用廣泛
　　
　　“現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)變成三足鼎立的狀況，”孫弘說，“以前分成實驗和理論兩塊，但理論必須依靠實驗的參數(shù)，現(xiàn)在出現(xiàn)了計算物理，不需要任何實驗 參數(shù)，只要有最基本的元素，就可以在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，通過大型計算機計算出來。從對大量已知材料的測試經(jīng)驗得知，它算出來的結(jié)果很精確，令人比較信服。 ”
　　
　　金剛石雖然是最硬的自然材料，但因為其碳結(jié)構(gòu)的屬性，在高溫環(huán)境下不穩(wěn)定，很容易與氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，與鐵也很容易化合，因此沒法用在很多工業(yè)上。
　　
　　更硬物質(zhì)的出現(xiàn)，意味著工業(yè)和國防的大進步。國防上，可以將耐高溫的超硬材料涂在導(dǎo)彈、坦克、鉆地炸彈甚至防彈衣上。在工業(yè)上，有些深海海底 鉆井沒法更換，更硬物質(zhì)將提供很大的幫助。如果有更硬的材料，老百姓甚至可以用上不用磨的菜刀。因此，更硬的耐高溫超硬材料在各個工業(yè)領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。
　　
　　孫弘表示，理論家測試，材料學(xué)家尋找材料，這是一個循環(huán)過程。雖然，纖鋅礦氮化硼這種材料在實驗環(huán)境下還很難做出大塊的結(jié)構(gòu)，但至少理論的實 現(xiàn)為實踐提供了研究方向，各類材料科學(xué)家今后會想盡辦法地試驗這種材料。也許在不遠的將來，金剛石將真正從“最硬物質(zhì)”的寶座上讓位下來。（采寫/記者 金煜）