科学家通过粉碎“巴基球”合成超硬“钻石玻璃”

据New Atlas报道，美国卡内基研究院的研究人员已经开发出一种超硬“钻石玻璃”。这种新材料完全由粉碎的碳“足球”制成，具有高导热性，可用于电子领域。

碳是一种多功能的元素，以各种原子排列方式形成许多稳定的结构，从石墨烯到钻石。它们可以是重复的结晶模式，也可以像玻璃一样是无定形的，而且原子键本身可以形成二维或三维，这决定了材料的硬度。然而，有些形式，如钻石玻璃，比其他的更难制造。

这项新研究的作者费英伟说：“合成一种具有三维键的无定形碳材料是一个长期的目标。诀窍是找到合适的起始材料，在施加压力的情况下进行转化。”

例如，如果你对石墨施加压力，你最终会得到钻石的结晶排列。钻石本身似乎是制造钻石玻璃的合理起点，但是它的熔点为4227 °C，对于实际使用来说太高。该团队需要找到一种碳的形式，在加压之前能够变得足够的原子无序。

他们在富勒烯（Fullerene）中找到了他们的目标，富勒烯被广泛地称为“巴基球”，它由60个碳原子组成，排列成一个空心足球形状。研究小组对它们进行了加热，直到球的形状塌陷成无序排列，然后用一个多螺旋压力机施加高压。最终的结果是一种类似钻石的玻璃，它能够被生产成毫米大小的碎片。

经过仔细检查，研究小组发现，新玻璃的硬度约为102GPa。这比自然形成的钻石要高，但还不如AM-III，一种最近在中国合成的硬度高达113GPa的玻璃形式。

该团队还声称，这种新的超硬玻璃在所有非晶材料中具有最高的热导率，其K值为26。重要的是，它可以在900到1000℃的温度下合成，这在工业制造的范围内。

费英伟说：“一种具有如此优异性能的玻璃的诞生将为新的应用打开大门。新玻璃材料的使用取决于制作大块的玻璃，这在过去是一个挑战。我们能够合成这种新的超硬金刚石玻璃的相对较低的温度使得大规模生产更加实用。”

这项研究发表在《自然》杂志上。