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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)e星体育平台|用户在线登录,还有它的超硬形态(右图)e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,即在金刚石压枪内部被超过40万大气压挤压后的样子e星体育平台|用户在线登录。虽然被挤压的布基球是无定形的e星体育平台|用户在线登录,但溶剂保持材料的远距离晶体秩序e星体育平台|用户在线登录。图片由王林提供e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,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)e星体育平台|用户在线登录,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e星体育平台|用户在线登录。这些凹痕表明e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,粉碎材料是“超硬”的e星体育平台|用户在线登录,也就是说e星体育平台|用户在线登录,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e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,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e星体育平台|用户在线登录,这是不同寻常的e星体育平台|用户在线登录。这项发现在机械e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录、电子e星体育平台|用户在线登录、电化学使用等领域具有潜在应用价值e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录。这项研究工作发表在8月17日的《科学》杂志上e星体育平台|用户在线登录。


          碳是宇宙中第四大丰富的元素e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,呈现出各种各样的形式——蜂窝状的石墨e星体育平台|用户在线登录、做铅笔芯的石墨e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录、钻石、圆柱型的碳纳米管e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录、空心球状的富勒烯等等。


          一些形态的碳是晶体状的e星体育平台|用户在线登录,说明碳晶体的结构是由重复的原子单元组成e星体育平台|用户在线登录星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录;褂幸恍┨冀峁故俏扌虻膃星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,这说明这种结构缺少长距离晶体性的秩序e星体育平台|用户在线登录。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e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,尽管科学家们相信这种结构可以被创造e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录。


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


          在相对较低的压力下,C-60网状结构能够保存e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录。但是随着压力的增加e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,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e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,形成了晶格结构e星体育平台|用户在线登录。


          该研究小组发现,有个狭窄的压力范围e星体育平台|用户在线登录,大约32万倍的标准大气压e星体育平台|用户在线登录,在这个压力范围内e星体育平台|用户在线登录,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e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录。这将是寻找能够实际应用新材料的关键。


          这种材料能够在高压条件下使钻石产生凹陷e星体育平台|用户在线登录。这说明这种材料是超硬的e星体育平台|用户在线登录。


          如果用来制成新形态碳的溶剂二甲苯被热处理移除e星体育平台|用户在线登录,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。正因为有许多相似的溶剂,从理论上讲e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,它是一个类似但却是不同的e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,碳晶格可以用施加压力的方式建构。


          “我们制造出了一种新型的碳材料e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,它可以与钻石相媲美e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,不能被压缩e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,”王林说e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,“一旦它在特殊压力下被制造出e星体育平台|用户在线登录,并可以在正常条件下存在e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录,说明它有实际应用的价值”e星体育平台|用户在线登录e星体育平台|用户在线登录。


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