物理学家发现新形态超硬碳簇

2012年8月22日    来源：光明网

　　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），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，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。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。这项研究工作发表在8月17日的《科学》杂志上。

　　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。

　　一些形态的碳是晶体状的，说明碳晶体的结构是由重复的原子单元组成。还有一些碳结构是无序的，这说明这种结构缺少长距离晶体性的秩序。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、刘振贤、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，由五边形和六边形环构成。此外，将有机二甲苯溶剂放入球之间的空隙，形成了一个新的结构。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。

　　在相对较低的压力下，C-60网状结构能够保存。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，形成了晶格结构。

　　该研究小组发现，有个狭窄的压力范围，大约32万倍的标准大气压，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。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。这说明这种材料是超硬的。

　　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。正因为有许多相似的溶剂，从理论上讲，它是一个类似但却是不同的，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，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，并可以在正常条件下存在，说明它有实际应用的价值”。

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