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新方法合成富勒烯硬度超钻石 材料科学有新方向

admin 人造钻石 2021年06月29日

  莫斯科理工学院、俄罗斯超硬和新型碳材料技术研究所(FSBITISNCM)和密西根大学的研究人员采用一种新方法合成了超硬富勒烯材料,硬度超过钻石。详细的合成方法刊登在最新一期的国际学术期刊《碳》杂志上。

  合成的超硬富勒烯是一种由碳簇或由碳原子组成的球形分子构成的聚合物。研究人员指出,钻石已经不是最坚硬的材料了。天然钻石的硬度接近150GPa,但超硬富勒烯的硬度超越钻石,成为在150到300GPa列表值范围内位列第一的坚硬材料。

  碳簇是以60个原子组成球体形式的碳分子。碳簇首次合成于20多年前,当时这项工作被授予诺贝尔奖。碳球内的富勒烯以不同的方式排列,这种材料的硬度很大程度上取决于其如何相互关联。研究人员开发出的超硬富勒烯技术,以60个原子组成球体形式的碳分子通过共价键在所有方向相互连接,该材料被科学家称为三维聚合物。

  然而,以工业规模生产这种有前途材料的方法还没有找到。主要困难在于开始反应需要的13GPa高压,现代大规模的设备不能提供这样的压力。

  据物理学家组织网9月15日报道,在新研究中,研究人员证明添加二硫化碳到最初的混合试剂中可以催化合成富勒烯。根据实验,二硫化碳是一个最终产品,但在这里它充当催化剂的作用。有了它,即使压力低至8GPa,也可生成有价值的超硬富勒烯。此外,生产所需的温度也从原来的820摄氏度以上,降为目前的室温下即可。

  这项研究的主要参与者、FSBITISNCM功能纳米材料实验室负责人米哈伊尔·波波夫指出:“我们的新研究成果将在材料科学中创建一个新领域,因为它将大大减少合成该材料所需的压力,并且允许以工业规模制造这种材料及其衍生物。”


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