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人工合成超级钻石,装进不同材料体现不同特性

2020年1月21日9:00 环球解密

    经过50多年的尝试,科学家终于合成“超级钻石”:有钻石般硬度的碳基材料,而其机械和电子性能可以根据需要调整实现。

    碳是已知宇宙中含量第四多的元素,也是构成生命的基础物质。碳元素可以单独,也可以和其他元素结合称各种稳定的结构。根据元素间结合方式的不同,物质体现不同的特性。比如碳原子以三维sp3方式结合时,呈现坚硬的钻石形态,以二维sp2方式结合时,呈现较软的石墨态。

    三维四面体结构的物质以其硬度、导热性等,在材料领域有广泛的应用。“尽管理论预计其存在性,但是除了钻石及其一些类似物之外,几乎没有其他sp3方式结合的碳材料。”美国卡内基科学研究所(Carnegie Institution for Science)的斯特罗贝尔(Timothy Strobel)说。

    近期发表在《科学进展》(Science Advances)期刊上研究,终于合成一种碳基的“晶笼化合物”(clathrate)。

    晶笼化合物即在一种元素组成的晶体结构中,禁锢着另一种元素的原子或分子。这种物质自然界中并不少见,科学家也合成过一些。尽管理论认为碳基晶笼化合物一定存在,但是这份研究是50多年来第一次合成得到。

    这个研究组合成了由碳硼元素构成的晶格阵列结构,里面禁锢着锶原子的材料。它有着和钻石一样稳固的结构,但是里面的锶原子具有导电特性。这意味着这种材料在合适条件下还有成为超导材料的潜力。

    研究人员发现,调整禁锢在内部的原子,可以改变材料的特性。“在维持钻石般硬度的同时,从半导体到超导体,可以通过调整实现。”斯特罗贝尔说。

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