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日本造出比鉆石更硬的人工鉆石

關(guān)鍵詞 鉆石 , 硬度|2020-07-20 10:11:49|來源 Diamondcn公眾號
摘要 日本筑波大學(xué)(UniversityofTsukuba)的研究人員通過電腦計算,設(shè)計出一種比鉆石更堅硬的新型碳基材料。發(fā)明者把它叫做“五角鉆”(pentadiamond)。(Univ...

日本筑波大學(xué)(University of Tsukuba)的研究人員通過電腦計算,設(shè)計出一種比鉆石更堅硬的新型碳基材料。發(fā)明者把它叫做“五角鉆”(pentadiamond)。

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(University of Tsukuba)

       很久以來,人們都認(rèn)為鉆石是最堅硬的材料。碳原子構(gòu)成多種同素異形體,包括石墨、碳納米管等。各種材料的機(jī)械屬性,包括硬度,主要取決于內(nèi)部原子之間的綁定方式。
       普通鉆石內(nèi),每個碳原子與相鄰的四個原子組成共價鍵?;瘜W(xué)家把這種結(jié)構(gòu)叫做sp3混成。碳納米管與其它一些碳基材料,每個碳原子組成三個綁定,稱為sp2混成。
       筑波大學(xué)的研究人員探索了這兩種混成結(jié)構(gòu)兼有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。“由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的大量組合和排列方式,既有sp2混成原子又有sp3混成原子的碳材料形態(tài)更廣泛?!边@份研究的第一作者藤井靖(Yasumaru Fujii)說。

       研究人員使用密度泛函理論(DFT)算出最穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu),并估計它的硬度。
       化學(xué)和固態(tài)物理學(xué)廣泛使用密度泛函理論預(yù)測材料的結(jié)構(gòu)和特性。可是要追蹤樣品中所有電子的量子態(tài),特別是它們之間的相互作用,通常很困難。密度泛函理論使用近似模擬,聚焦于繞行原子的電子在軌道空間上的最終密度。這簡化了計算,使其既夠精確,又是電腦可以完成的任務(wù)。
       研究人員算出“五角鉆”的硬度是普通鉆石的1.4倍。
       合作研究者丸山美奈(Mina Maruyama)說:“五角鉆比普通鉆石更堅硬,可是密度卻低很多,和石墨差不多?!?br/>研究人員表示,這項(xiàng)發(fā)明展示了利用電腦從零開始設(shè)計材料的實(shí)力。

       除了在工業(yè)切割上的應(yīng)用,研究人員稱,這種材料也可用于鉆石對頂砧。這種設(shè)備利用兩個鉆石平面相互擠壓,產(chǎn)生極高的壓力,模擬極端條件從事研究。

 

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