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    物理学家发现新形态超硬碳簇 可用于电子等领域

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    图中模拟出作为最初原料的C-60布基球的结构(左图)和M-二甲苯溶剂(蓝色)鸭脖手机网页登录,还有它的超硬形态(右图),即在金刚石压枪内部被超过40万大气压挤压后的样子鸭脖手机网页登录。虽然被挤压的布基球是无定形的,但溶剂保持材料的远距离晶体秩序。图片由王林提供,华盛顿卡内基研究所

    钻石表面的光学显微照片显示的两个“环裂”的凹痕(洋红色箭头)鸭脖手机网页登录,这是它被用来压缩近33万大气压下的碳基球/二甲苯材料后留下的。这些凹痕表明,粉碎材料是“超硬”的,也就是说鸭脖手机网页登录,这种材料几乎和钻石一样坚硬。


    卡内基研究所的王林领导的一组研究人员,观察到一种新形式的超硬碳簇,其中同时存在结晶性和无序性的结构组合,这是不同寻常的鸭脖手机网页登录。这项发现在机械、电子、电化学使用等领域具有潜在应用价值鸭脖手机网页登录。这项研究工作发表在8月17日的《科学》杂志上鸭脖手机网页登录。


    碳是宇宙中第四大丰富的元素,呈现出各种各样的形式——蜂窝状的石墨、做铅笔芯的石墨、钻石、圆柱型的碳纳米管、空心球状的富勒烯等等鸭脖手机网页登录。


    一些形态的碳是晶体状的鸭脖手机网页登录,说明碳晶体的结构是由重复的原子单元组成?;褂幸恍┨冀峁故俏扌虻难疾笔只车锹迹馑得髡庵纸峁谷鄙俪ぞ嗬刖逍缘闹刃?。结合晶体性和无序性元素的混合结构先前并没有被观察到过,尽管科学家们相信这种结构可以被创造。


    王林的研究团队——包括卡内基研究所的杨文革鸭脖手机网页登录、刘振贤鸭脖手机网页登录、斯坦尼斯拉夫·新奥节根和孟玥,他们开始于一个C-60网状结构的物质,它由高度集成化的碳基球粘合在一起,这种碳基球是中空的圆形鸭脖手机网页登录,由五边形和六边形环构成鸭脖手机网页登录。此外鸭脖手机网页登录,将有机二甲苯溶剂放入球之间的空隙鸭脖手机网页登录,形成了一个新的结构鸭脖手机网页登录鸭脖手机网页登录。然后,他们通过对此结构施加压力,观察它随外界条件如何变化鸭脖手机网页登录。


    在相对较低的压力下,C-60网状结构能够保存鸭脖手机网页登录。但是随着压力的增加,网状结构开始崩塌成更多无定形的碳簇。然而无定形的结构依旧占据它们原先的位置鸭脖手机网页登录,形成了晶格结构。


    该研究小组发现,有个狭窄的压力范围鸭脖手机网页登录,大约32万倍的标准大气压鸭脖手机网页登录,在这个压力范围内,这种新型碳结构将被创造出来,即使外施压力消失也不会恢复原状鸭脖手机网页登录。这将是寻找能够实际应用新材料的关键鸭脖手机网页登录鸭脖手机网页登录。


    这种材料能够在高压条件下使钻石产生凹陷。这说明这种材料是超硬的鸭脖手机网页登录。


    如果用来制成新形态碳的溶剂二甲苯被热处理移除,这种材料便失去其晶格的周期性。这说明溶剂对于维持基础架构的化学过渡很重要鸭脖手机网页登录。正因为有许多相似的溶剂鸭脖手机网页登录,从理论上讲,它是一个类似但却是不同的鸭脖手机网页登录,碳晶格可以用施加压力的方式建构鸭脖手机网页登录。


    “我们制造出了一种新型的碳材料,它可以与钻石相媲美,不能被压缩,”王林说,“一旦它在特殊压力下被制造出鸭脖手机网页登录,并可以在正常条件下存在鸭脖手机网页登录,说明它有实际应用的价值”。


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