據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)8月17日（北京時(shí)間）報(bào)道，最近，美國(guó)卡內(nèi)基研究院與內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分?？茖W(xué)家合作，創(chuàng)造出一種碳的新形式，混合了晶體和非晶體兩種結(jié)構(gòu)，是一種“有序化的無(wú)序排列”，堪稱(chēng)“渾沌”晶體。這種材料非常堅(jiān)硬，能在鉆石上留下凹痕。這一發(fā)現(xiàn)在機(jī)械力學(xué)、電子學(xué)、電氣化學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用前景。相關(guān)論文發(fā)表在8月17日的《科學(xué)》雜志上。
碳元素在宇宙中含量排第四，僅次于氫、氮和氧，以多種形式存在：石墨、鉆石、單層蜂窩狀的石墨烯、圓柱形納米管，還有籠子形狀的富勒烯，也叫“巴基球”。這些碳有些以晶體形式存在，即碳原子的單位結(jié)構(gòu)不斷重復(fù)，排列成有規(guī)律的結(jié)構(gòu)；另一種是非晶體。此外，科學(xué)家認(rèn)為還可能有晶體和非晶體的混合形式存在，但以前從未觀察到過(guò)。
該研究由卡內(nèi)基研究院的王林（音譯）領(lǐng)導(dǎo)。他們?cè)诎突颍–-60）中加入一種有機(jī)二甲苯（C8H10）溶劑，讓其溶解后施加高壓，觀察在不同壓力下會(huì)發(fā)生怎樣的變化。在相對(duì)低壓條件下，C-60還能保持籠子形狀，隨著壓力升高，籠結(jié)構(gòu)開(kāi)始破裂成非晶體的碳原子簇。然而，這些非晶體碳簇仍保持在它們?cè)瓉?lái)的位置上，形成一種晶格結(jié)構(gòu)。研究人員稱(chēng)之為“有序非晶體碳簇”。
形成這種結(jié)構(gòu)的壓力范圍非常狹窄。低于30萬(wàn)個(gè)大氣壓時(shí)，形成的新結(jié)構(gòu)在消除壓力后會(huì)恢復(fù)成原來(lái)的球狀，達(dá)到32萬(wàn)個(gè)大氣壓后，新結(jié)構(gòu)就是穩(wěn)定的，消除壓力后也不會(huì)復(fù)原。
隨后，研究人員用阿拉貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的同步光源對(duì)新材料進(jìn)行了檢測(cè)，驗(yàn)證了它的結(jié)構(gòu)。他們?cè)趯?shí)驗(yàn)用的鉆石上發(fā)現(xiàn)了擠壓留下的凹痕，這表明新材料的硬度接近鉆石。
如果加熱除掉渾沌晶體中的溶劑，它們就會(huì)失去規(guī)則的晶格結(jié)構(gòu)。研究人員解釋說(shuō)，這表明溶劑是這種渾沌晶體保持其化學(xué)過(guò)渡性的關(guān)鍵。類(lèi)似的溶劑還有很多種，因此在理論上，通過(guò)施壓來(lái)構(gòu)造一種與此類(lèi)似、但更輕的碳晶格結(jié)構(gòu)是可能的。
王林說(shuō)：“我們創(chuàng)造了一種新型碳材料，硬度可與鉆石相比。這種材料在極端高壓下一旦形成，就能在正常條件下存在，這意味著它們具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?！?
總編輯圈點(diǎn)
這應(yīng)該是很多制造商們夢(mèng)寐以求的材料：重量輕、強(qiáng)度高。人們由此首先聯(lián)想到的，大概是飛行效率更高的飛機(jī)。但要如此大面積地使用這種新型碳材料恐怕還為時(shí)尚早。要制造32萬(wàn)個(gè)大氣壓，需要在指甲蓋大小的面積上施加320萬(wàn)牛頓的外力，其制備難度和成本可想而知。在成本更低的方法出現(xiàn)前，人們大概只能期待些體積小巧的設(shè)備，諸如鋒利無(wú)比的小刀。