中國黑科技讓玻璃變?yōu)榻饎偸?/h1>

來源：建筑玻璃與工業(yè)玻璃 2017/10/30 9:34:19

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【中玻網(wǎng)】眾所周知，金剛石是自然界較硬的物質，這主要源于其內部碳-碳共價鍵形成的較高的三維網(wǎng)狀結構。正是每一個碳原子和相鄰四個碳原子間SP3雜化共價鍵的結合，使金剛石素來享譽“硬度非常好”、“寶石非常好”的美稱。當然，除了高硬度，金剛石還具備已知較高熱導率、較高熔點、較高可見光折射率等優(yōu)異性質。這也使得金剛石在機械切割、研磨、鉆探及其他高等工業(yè)領域有著廣泛應用。

　　但“黃金無足色，白璧有微瑕”，作為一種晶體材料，金剛石的各向異性導致其在不同晶向的性質差異巨大。特別是其較易發(fā)生斷裂和破壞的{111}解理面，成為金剛石非常大的“弱點”。其實，除了原子排列高度有序的晶體材料，還有一類材料—非晶態(tài)材料（如玻璃），由于原子排列的高度無序,使其具有各方向性質都很均勻（即各向同性）的特點。當“金剛石”和“玻璃”這兩個概念相遇，能否將產(chǎn)生一種各方向均較強的各向同性的“玻璃態(tài)金剛石”呢？近幾十年來，盡管付出大量努力，科學家對于如何實現(xiàn)原子間化學鍵和金剛石一樣，內部原子排列卻像玻璃般無序的這個難題，仍束手無策。

　　就在近期，北京高壓科學研究中心的曾徵丹研究員及其團隊利用高壓技術結合激光原位加熱，在前人沒有探索過的溫度和壓力條件下（50萬個標準大氣壓，約1500攝氏度）初次合成出完全非晶態(tài)的塊狀金剛石。這種新材料確認是由純sp3碳-碳鍵構成，同時也擁有一顆真實的“玻璃心”—內部原子被證明是高度無序的排列。因此，它具備金剛石和玻璃兩者的優(yōu)點：碳原子間都以sp3鍵結合形成三維網(wǎng)絡結構，使材料表現(xiàn)出較高的強度（體彈性模量接近傳統(tǒng)金剛石）；性質均勻各向同性，使其不再存在晶體解理面。從而有可能成為已知較強的玻璃態(tài)材料。

　　左圖：金剛石及其內部的原子結構；右圖：“玻璃心”的非晶態(tài)金剛石的原子結構，玻璃球代表非晶態(tài)金剛石像玻璃一樣各向同性，可以加工成無缺的球狀。

　　在過去長達三十年的時間里，已有很多嘗試合成非晶態(tài)金剛石的研究，其主要途徑是通過氣相沉積技術來試圖合成具有相對高含量sp3鍵的非晶態(tài)碳薄膜，這種薄膜材料被稱為類金剛石碳材料（diamond like carbon）。然而，完全由sp3鍵結合而形成的“塊體非晶態(tài)金剛石”只存在于理論計算中。北京高壓科學研究中心的這一研究，初次在高溫高壓下合成出這種原以為不可能存在的新材料，使得“玻璃態(tài)”金剛石從夢想變成現(xiàn)實，改變了人們對于金剛石的傳統(tǒng)認識；并且在卸掉壓力回到常溫常壓條件時仍然保持穩(wěn)定的非晶態(tài)金剛石材料，也為進一步探索這一材料的各種性質和開發(fā)其潛在的應用成為可能。

　　也許，有一天，“鉆石時間久遠，一顆永流傳”的鉆戒會有兩個選項：“請問先生，您要選擇晶態(tài)的還是玻璃態(tài)的？”

　　這一研究成果較近在《自然-通訊》上發(fā)表。

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