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玻璃納米球

生活更新时间:2024-11-29 12:38:59

根據一項新研究，包括卡内基梅隆大學的費英偉和王林在内的一個國際研究小組合成了一種新的超硬形式的碳玻璃，在設備和電子方面有大量潛在的實際應用。它是已知最硬的玻璃，在所有玻璃材料中具有最高的導熱性。他們的研究結果發表在《自然》雜志上。

玻璃納米球（科學家利用巴基球）1

當涉及到理解一種材料的特性時，功能遵循形式。原子如何相互化學鍵合，以及由此産生的結構排列，決定了一種材料的物理品質--既包括那些肉眼可以觀察到的，也包括那些隻有通過科學探測才能發現的。

碳在形成穩定結構的能力方面是無可匹敵的--無論是單獨或與其他元素結合。一些形式的碳是高度有組織的，具有重複的晶體模式。其他的則更加無序，一種被稱為無定形的特征。将碳基材料結合在一起的鍵的類型決定了其硬度。

費英偉解釋說：“合成一種具有三維鍵的無定形碳材料是一個長期的目标。訣竅是找到合适的起始材料，在施加壓力的情況下進行轉化。”

玻璃納米球（科學家利用巴基球）2

卡内基梅隆大學地球和行星實驗室主任Richard Carlson補充說：“幾十年來，卡内基的研究人員一直處于該領域的前沿，利用實驗室技術産生極端壓力來生産新型材料或模仿行星内部深處的條件。”

由于其極高的熔點，不可能用鑽石作為起點來合成鑽石玻璃。然而，由吉林大學的劉冰冰和姚明光（前卡内基訪問學者）領導的研究小組通過使用一種由60個分子組成的碳的形式，排列成一個空心球，取得了他們的突破。這種獲得諾貝爾獎的材料被非正式地稱為“巴基球”，它被加熱到足以使其類似足球的結構崩潰，以誘發無序狀态，然後在壓力下将碳變成結晶鑽石。

該團隊使用了一個大體積的多安瓿壓力機來合成鑽石玻璃。這種玻璃足夠大，可以進行表征。它的特性用各種探測原子結構的先進的高分辨率技術進行了确認。

費英偉解釋說：“一種具有如此卓越性能的玻璃的誕生将為新的應用打開大門。新玻璃材料的使用取決于制作大塊的玻璃，這在過去是一個挑戰。我們能夠合成這種新的超硬鑽石玻璃的相對較低的溫度使得大規模生産更加實用。”

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