个性化定制?科学家发现创造具有不同性质“超级钻石”的新途径

Winnie Lee

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卡内基大学的Li Zhu和Timothy Strobel预测并合成了一类具有可调机械和电子性能的“超级钻石”碳基材料。

一种材料的性质是由它的原子如何结合以及这些结合所产生的结构安排所决定的。

例如,对于碳基材料来说,键合的类型决定了金刚石的硬度(具有三维“sp3”键)和石墨的柔软度(具有二维“sp2”键)。

尽管碳化合物种类繁多,但目前已知的三维sp3键合碳基材料屈指可数,包括钻石。

三维键合结构使这些材料由于其强度、硬度和导热性等一系列特性,对许多实际应用非常有吸引力。

Strobel解释说:“除了钻石和一些含有额外元素的类似物外,几乎没有其他的扩展sp3碳材料被创造出来,尽管有许多预测认为这种键合结构有可能被合成。”

“根据化学原理,向结构中加入硼可以增强其稳定性,我们研究了另一种3d键合的碳材料,称为笼合物,它具有晶格结构,可以困住其他类型的原子或分子。”

Strobel、Zhu和他们的团队通过计算和实验相结合的方法来解决这个问题。

Zhu说:“我们使用先进的结构搜索工具,预测了第一个热力学稳定的碳基笼合物,然后合成了笼合物结构,它是由碳硼笼组成的,可以在高压和高温条件下捕获锶原子。”

其结果是一个三维的、以碳为基础的框架,结构类似钻石。但与钻石不同的是,困在笼中的锶原子使材料金属化(即导电),并具有高温超导的潜力。

更重要的是,笼合物的性质可以根据笼内客体原子的类型而改变。

“被捕获的客体原子与宿主原子之间有强烈的相互作用,”Strobel说。

根据特定的客体原子的存在,笼合物可以从半导体调整为超导体,同时保持坚固的类金刚石键。

“考虑到大量可能的替代品,我们设想出一种全新的碳基材料,具有高度可调的性能。”

原文出处:

https://knowridge.com/2020/01/scientists-create-new-superdiamond-carbon-based-materials/,Scientists create new superdiamond carbon-based materials,作者:Carnegie Institution for Science

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