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一種新型超硬碳結(jié)構(gòu)獲確認(rèn)——常溫下剪切強(qiáng)度比金剛石高17%

關(guān)鍵詞 新型超硬碳結(jié)構(gòu)|2010-11-10 00:00:00|來源 中國超硬材料網(wǎng)
摘要 據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)11月9日(北京時間)報道,2003年,科學(xué)家曾在實驗中構(gòu)建了一種新型的碳結(jié)構(gòu),但此項發(fā)現(xiàn)一直備受爭議;最近,兩組不同的研究團(tuán)隊利用不同方法確認(rèn)了一種被稱為體心...

  據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)11月9日(北京時間)報道,2003年,科學(xué)家曾在實驗中構(gòu)建了一種新型的碳結(jié)構(gòu),但此項發(fā)現(xiàn)一直備受爭議;最近,兩組不同的研究團(tuán)隊利用不同方法確認(rèn)了一種被稱為體心四方碳的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),認(rèn)為這種結(jié)構(gòu)與2003年所發(fā)現(xiàn)的并無二致。
  
  純碳以各種不同的結(jié)構(gòu)形式存在,如石墨金剛石。這種新型體心四方碳的結(jié)構(gòu)出乎意料的簡單,介乎金剛石的碳原子立方體和石墨的六方晶格碳原子薄片之間,為包含4個碳原子的方片,由垂直于方片的短鍵相連。這種形式的碳是石墨在常溫下經(jīng)高壓形成的。
  
  眾所周知,石墨在冷壓環(huán)境下(在室溫下施以高壓),其轉(zhuǎn)變是可逆的。2003年,美國斯坦福大學(xué)研究人員在一個金剛石壓砧中對石墨進(jìn)行壓縮,同時獲取X射線衍射圖樣以幫助確定結(jié)構(gòu)內(nèi)的鍵合。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)壓力超過17吉帕(17萬大氣壓)時,通常情況下為柔軟狀態(tài)的石墨中的碳原子形成了一種硬度足以粉碎金剛石的材料,但其結(jié)構(gòu)尚不清楚。
  
   在最新一期《物理評論B》上,由中國南開大學(xué)王慧田(音譯)領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家小組通過計算機(jī)模擬表明,這種超硬碳至少部分是由體心四方碳組成的。研究小組對15種可能結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn),透明的體心四方碳不僅只需很少的能量就能形成,其剪切強(qiáng)度甚至比金剛石還高出17%。如果這一結(jié)論能得以證實,也就意味著能在常溫下制造出比金剛石更強(qiáng)的材料。
  
  而在今年3月的《物理評論快報》上,由美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的雷納特·溫茨克維奇和日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的三宅隆等組成的另一組科學(xué)研究團(tuán)隊用不同方法得出了類似的結(jié)論。利用量子力學(xué)模擬對體心四方碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后,研究小組發(fā)現(xiàn)體心四方碳在18.6吉帕下比石墨更穩(wěn)定,和M碳(一種包含有5個和7個碳原子環(huán)層的結(jié)構(gòu))混合后,其產(chǎn)生的X射線衍射圖與2003年發(fā)現(xiàn)的碳結(jié)構(gòu)匹配度甚高。
 

 

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