中国学者发现次晶态金刚石,或有助于开发新型类金刚石材料

Chloe Ma

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一般来说,根据是否存在长程周期性,将固体分为结晶态和非结晶态。然而,当晶体中的长程有序度显著降低时,区分这两种状态就变得异常困难,特别是对于强共价和类共价固体。

为了探索这一结构之谜,理论科学家们提出了次晶态结构模型,其本质上是在非晶基体中引入纳米尺寸的中程有序(MRO)结构,即完全由中程有序的次晶组成,又不具有长程有序性。此前,一直未能在自然界或实验中发现这种物质状态。

近日,北京高压科学研究中心研究员缑慧阳等在高温高压条件下合成了一种新形态的金刚石—次晶金刚石,填补了非晶结构和晶体结构之间原子排列尺度上的缺失环节,为深层次理解非晶材料的复杂结构提供了密钥。

在实验过程中,研究人员采用最新极端高压技术,在30GPa、1500-1600K的温压条件下对富勒烯(C60)前驱体进行高温高压处理发现,压缩的富勒烯聚合转变成为一种高密度无序的sp3键合的碳。高分辨透射电子显微镜显示,样品中存在高密度且均匀分布的类晶体团簇(尺寸为0.5-1.0nm),其原子构型接近于立方和六方金刚石,且具有很高的晶格畸变,即次晶金刚石。

研究人员表示,次晶金刚石是目前非晶材料中发现的硬度和热导率最高的材料,在高端技术领域和极端环境下具有重要的应用前景,也有助于进一步开发新型类金刚石材料。

该研究论文题为“Synthesis of paracrystalline diamond”,已发表在《自然》杂志上。

前瞻经济学人APP资讯组

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

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