近日,日本筑波大学的研究人员用计算机算法把碳打造成一种比钻石还要硬的材料,并给这种新材料起名叫“盘他钻(pentadiamond)”。
钻石是由密集排列的碳原子组成的,是人们公认的最硬的材料。然而碳也可以形成很多其他的稳定结构,我们称之为同素异形体。比如铅芯中的石墨、碳纳米管一类的纳米材料。
同素异形体的机械性能,包括硬度等,大部分是由其内部碳原子的连接方式决定的。拿传统的钻石来说,其内部的每一个碳原子会和邻近的四个碳原子相连,组成共价键。化学家将这种连接方式称为sp3杂化。而在碳纳米管或其他一些材料中,每一个碳原子会和邻近的三个碳原子组成共价键,这种组合方式称为sp2杂化。
此次,筑波大学的研究人员用这两种杂化的混合方式来排列碳原子。研究人员说在sp2和sp3杂化混合的同素异形体中,由于内部连接和排序的增多,原子的形态多样性更好了。
科学家用测量硬度的杨氏模量测出的盘他钻硬度为1700GPa,而传统钻石的硬度为1200GPa。虽然盘他钻的硬度比传统钻石高,但它的密度却比传统钻石低,和石墨差不多。
盘他钻除了可用于切割、钻孔工艺,还有可能取代现行金刚石压砧,用于重塑行星内部高压状态的科学研究中。
(《文汇报》9.16 江泽珍)