激光助力“催生”新材料！碳+氮＝僅次于鉆石的“第二硬”？

科普時(shí)報(bào)訊（實(shí)習(xí)生王雨珂）數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家們一直想制造一種更為堅(jiān)硬的材料，它的硬度能與金剛石媲美，可被用于切割工具、傳感器。在巨大的壓力和熱量作用下，碳和氮被壓碎，從而產(chǎn)生了僅次于鉆石的已知第二硬材料——氮化碳。

據(jù)國(guó)際科學(xué)期刊《新科學(xué)家》近日?qǐng)?bào)道，英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)物理學(xué)博士多米尼克·拉尼爾和同事制造出了這種材料的微小樣本。這種氮化碳，是將氮和碳以 70萬(wàn)倍大氣壓壓縮在金剛石點(diǎn)之間，然后用激光加熱到3000℃。

元素周期表上的氮和碳（圖庫(kù)版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

金剛石硬度約為90千兆帕，而之前已知硬度排名第二的材料是立方氮化硼，硬度在50到55千兆帕之間。多米尼克·拉尼爾說(shuō)，這種新材料的硬度在78到86千兆帕之間，這取決于3種晶體結(jié)構(gòu)中會(huì)形成哪一種。

金剛石（圖庫(kù)版權(quán)圖片，轉(zhuǎn)載使用可能引發(fā)版權(quán)糾紛）

1989年的一項(xiàng)研究曾預(yù)測(cè)，這種物質(zhì)的硬度將超過(guò)金剛石，不過(guò)現(xiàn)在這一預(yù)測(cè)被推翻了。目前，研究人員認(rèn)為沒(méi)有任何一種材料能超過(guò)金剛石的硬度。

多米尼克·拉尼爾說(shuō)，現(xiàn)有的氮化碳樣品只有5微米寬、3微米高，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)?？赡鼙容^困難。使用更大的鉆石來(lái)壓縮樣品，理論上可以制造出更大的材料，但需要更強(qiáng)的壓縮才能形成，這將使氮化碳的購(gòu)買(mǎi)成本遠(yuǎn)高于鉆石。但這種材料具有鉆石沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)，比如在壓力下產(chǎn)生電信號(hào)，可能使它在傳感器中發(fā)揮作用。此外，氮化碳的高能量密度還能使它成為一種威力強(qiáng)大的爆炸物，而且與目前的替代品相比對(duì)環(huán)境的毒性更小。