钻石家族迎来新成员——准晶质钻石

　　国际品牌网12月7日消息，钻石迎来了一个时刻：美国的一个科学家团队制造了一种同时具有非晶态和结晶态的新型钻石。与此同时，中国的一个团队已经批量生产了无定形钻石。

　　钻石以其惊人的结晶度、极高的硬度和闪闪发光的美丽而闻名。但是，在原子结构中不具有相同晶体规律的非晶非晶金刚石对一些科学家来说更为珍贵，因为它具有潜在的材料特性：超硬、具有良好的导热性并且可以调整以具有更多未知的属性。但直到现在，只生产出最小的无定形金刚石粉尘状颗粒。现在，在世界两端工作的两个团队已经采取措施，可以进一步研究这些材料，其中一个团队甚至想出了一种新形式的钻石。

　　美国乔治梅森大学的Howard Sheng和他的团队制造了准晶金刚石。次晶材料既是无定形的，在其结构中没有任何长程有序，而且在本体中还具有纳米微晶形式的有序结构袋。直到现在，副晶体还是一个理论概念。但是，通过将 C 60富勒烯或巴基球加热和挤压到高达 1800K 的温度和 30GPa 的压力，盛的团队发现他们可以制造毫米级的次晶金刚石样品。1

　　法国里昂 1 克劳德伯纳大学卢米埃尔马蒂埃研究所的阿方索圣米格尔解释说，在准晶体形式中，无定形金刚石矩阵具有六边形或立方体的纳米尺寸晶体，就像散布在其中的天然金刚石一样。参与工作。纳米微晶为无定形矩阵提供了一些中等范围的有序性——就像玻璃一样——但不会像天然金刚石这样的真正晶体材料中看到的长期有序。如果这些纳米微晶的混合物可以随意改变，那么它可能意味着大量的新材料。“根据这些纳米微晶的大小，他们可能已经为合成大量材料开辟了道路，”San Miguel 说。

　　盛说，次晶金刚石的原子结构不同于其他经过充分研究的晶体和非晶固体，他很想知道其他材料是否也可以是次晶。“必须知道这种准晶态的固体是否存在于碳以外的材料中，”盛说。

　　同一天发表的是中国吉林大学超硬材料国家重点实验室姚明远及其同事的工作，他们还使用富勒烯制造了比以往任何时候都大的另一种非晶金刚石。2他们还使用巴基球，在 450 到 1200°C 之间加热，并在 20 到 37GPa 的压力下加热。这使得巴基球坍塌并聚合。由此产生的毫米级无定形金刚石比任何其他金刚石材料都硬得多，并且还具有非常高的弹性模量 - 衡量材料在不变形的情况下可以承受多大的压力。该团队认为，继承自 C 60的六边形结构是造成这些特殊特性的原因。

　　这两种新材料的关键是电子结合的方式——轨道杂化的结果。结晶金刚石碳原子中的电子是 sp 3杂化的，允许每个碳原子形成四个键。相比之下，用于生产无定形金刚石的石墨和巴基球是 sp 2杂化的，并且原子在六边形晶格中与其他三个原子键合，可以形成平板或巴克敏斯特富勒烯。

　　在两个团队的努力中，无定形钻石的键合是无序的，但 sp 3 是杂化的。这种 sp 3键带来了在两个团队的材料和晶体金刚石中都看到的极端硬度，但无序结构意味着与普通金刚石不同的是，非晶金刚石不会破碎。

　　虽然两个团队都使用了类似的合成方法，但他们得到了两种截然不同的材料。“这很有趣，”圣米格尔说。“也许它可以让我们调整属性。”

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