中國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)次晶態(tài)金剛石，或有助于開(kāi)發(fā)新型類(lèi)金剛石材料

一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)是否存在長(zhǎng)程周期性，將固體分為結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)。然而，當(dāng)晶體中的長(zhǎng)程有序度顯著降低時(shí)，區(qū)分這兩種狀態(tài)就變得異常困難，特別是對(duì)于強(qiáng)共價(jià)和類(lèi)共價(jià)固體。

為了探索這一結(jié)構(gòu)之謎，理論科學(xué)家們提出了次晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型，其本質(zhì)上是在非晶基體中引入納米尺寸的中程有序(MRO)結(jié)構(gòu)，即完全由中程有序的次晶組成，又不具有長(zhǎng)程有序性。此前，一直未能在自然界或?qū)嶒?yàn)中發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)狀態(tài)。

近日，北京高壓科學(xué)研究中心研究員緱慧陽(yáng)等在高溫高壓條件下合成了一種新形態(tài)的金剛石—次晶金剛石，填補(bǔ)了非晶結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)之間原子排列尺度上的缺失環(huán)節(jié)，為深層次理解非晶材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)提供了密鑰。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員采用最新極端高壓技術(shù)，在30GPa、1500-1600K的溫壓條件下對(duì)富勒烯（C60）前驅(qū)體進(jìn)行高溫高壓處理發(fā)現(xiàn)，壓縮的富勒烯聚合轉(zhuǎn)變成為一種高密度無(wú)序的sp3鍵合的碳。高分辨透射電子顯微鏡顯示，樣品中存在高密度且均勻分布的類(lèi)晶體團(tuán)簇（尺寸為0.5-1.0nm），其原子構(gòu)型接近于立方和六方金剛石，且具有很高的晶格畸變，即次晶金剛石。

研究人員表示，次晶金剛石是目前非晶材料中發(fā)現(xiàn)的硬度和熱導(dǎo)率最高的材料，在高端技術(shù)領(lǐng)域和極端環(huán)境下具有重要的應(yīng)用前景，也有助于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型類(lèi)金剛石材料。

該研究論文題為“Synthesis of paracrystalline diamond”，已發(fā)表在《自然》雜志上。

前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人APP資訊組

論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04122-w

標(biāo)簽： 次晶態(tài) 金剛石