燕山大學成功合成硬度超金剛石新材料

2021-02-08 中國網財經

  本報北京5月23日電 據新華社記者齊雷傑報導,記者5月21日從河北省教育廳科技處獲悉,日前,燕山大學成功合成出納米孿晶結構立方氮化硼新材料。這種材料具有多種優良特性,未來有望成為鋼鐵行業廣泛應用的新一代刀具材料。

  以燕山大學亞穩材料製備技術與科學國家重點實驗室田永君教授為首的中外科學家在自然科學基金的持續資助下,以具有類似俄羅斯套娃晶體結構的氮化硼納米顆粒為初始原料,採用高溫高壓技術成功地合成出納米孿晶結構立方氮化硼新材料。

  這一新材料具有多種優良特性,其硬度超過金剛石單晶、韌性優於商用硬質合金、抗氧化溫度高於立方氮化硼單晶本身,有望成為鋼鐵材料加工行業中新一代刀具材料,具有廣闊應用前景。

  科學家們還發現,納米孿晶立方氮化硼隨孿晶厚度減小能夠持續硬化到4納米卻不發生軟化。這一新發現打破了人們對多晶材料硬化機制的傳統認識,為發展高性能超硬材料指明了方向。

  這項科研成果最近發表在世界權威雜誌 《自然》上。 《自然》雜誌以「出類拔萃的超硬材料」向國際媒體介紹了這一成果,並指出 「這個新材料能夠打開廣泛的工業應用」。近10年來,田永君教授在國家傑出青年科學基金項目、重點項目、創新群體項目等的持續資助下,致力於材料硬度的理論和實驗研究,最終取得這一成果。

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    原標題:兩倍於天然金剛石硬度的新材料問世    燕山大學教授田永君團隊與吉林大學教授馬琰銘、美國芝加哥大學教授王雁賓合作,在高溫高壓下成功合成出硬度兩倍於天然金剛石的納米孿晶結構金剛石塊材,這是他們繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之後又一新突破。該研究成果發表在6月12日《自然》雜誌上。
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    導讀:本文通過在金剛石中引入相交孿晶界,研究了具有新穎微觀結構金剛石的力學性能。系統地分析了該設計金剛石的四種滑移模式下的39種滑移系統。通過模擬計算得知int-金剛石的硬度要比nt-金剛石高得多。硬化機制歸因於相交的孿晶界,它們阻礙了位錯運動,從而導致CRSS的增加。本研究為實驗設計新型超硬材料提供了一種新的策略。
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    眾所周知,金剛石是自然界最堅硬的結晶材料。為了進一步提高金剛石的硬度,在過去的幾十年裡,科學家們做了大量的的實驗和理論研究,結果表明,根據Hall-Petch公式,通過細化金剛石的晶粒尺寸和孿晶厚度,可以提高金剛石的硬度。例如,晶粒尺寸為10-30 nm的納米金剛石努氏硬度高達110-140 GPa,明顯高於單晶金剛石。
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    金剛石是自然界中最硬的晶體材料,近幾十年來,人們一直在為進一步提高金剛石材料的硬度而不斷努力。研究表明,晶粒尺寸為10-30 nm的納米金剛石努氏硬度高達110-140 GPa,明顯高於單晶金剛石。平均孿晶厚度為5-8 nm的納米孿晶金剛石的維氏硬度可達175-200 GPa,是單晶金剛石硬度的兩倍,打破了已知超硬材料的硬度極限。
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  • 合成金剛石和立方氮化硼
    合成金剛石和立方氮化硼    一、技術簡介
  • 新方法合成的富勒烯硬度超鑽石
    莫斯科理工學院、俄羅斯超硬和新型碳材料技術研究所(FSBI TISNCM)和密西根大學的研究人員採用一種新方法合成了超硬富勒烯材料,硬度超過鑽石。詳細的合成方法刊登在最新一期的國際學術期刊《Carbon》雜誌上。合成的超硬富勒烯是一種由碳簇或由碳原子組成的球形分子構成的聚合物。研究人員指出,鑽石已經不是最堅硬的材料了。天然鑽石的硬度接近150 GPa,但超硬富勒烯的硬度超越鑽石,成為在150到300GPa列表值範圍內位列第一的堅硬材料。碳簇是以60個原子組成球體形式的碳分子。
  • 金剛石合成石墨烯技術成功:比現有技術省時省錢
    你很有可能聽過石墨烯這種材料的種種過人之處,比方說出色的強度、優異的電氣性能、熱傳導性和電子遷移率。這些不同的特點都讓石墨烯在觸控螢幕、半導體、太陽能電池、超級電容器等領域產生了巨大的影響。但是,只有在原材料純淨的情況下,才能生產出高性能的石墨烯。
  • 金剛石的化學合成
    Bundy 等中在1300C、5.5 萬atm的條件下成功地把石墨轉變成金剛石,在他們的文章中表明了實驗由公司的同事進行了完全獨立的重複。此後此項研究已成為生產粉體金剛石的一種主要技術。 1988年N. R. Greiner 等報導了TNT爆炸法製備納米級金剛石粉末,拉曼(Raman)光譜未見報導,可能粉體質量有待提高。
  • 國際碳材料大會——金剛石論壇在滬召開
    以5G基建為首的中國七大「新基建」,是經濟復甦和發展的重要生產力,是產業變革的核心。站在新基建政策紅利的「風口」,本屆國際碳材料大會——金剛石論壇重點聚焦在導熱散熱、培育鑽石、半導體器件、超精密加工等領域,探討在新形勢下,金剛石如何立足當下,與時俱進;如何抓住機遇,迎接挑戰;如何突破難點,把握未來。
  • 這種物質硬度是金剛石40倍,奪「硬度之王」稱號,科學家:用不起
    文/玉濁清這種物質硬度是金剛石40倍,奪取「硬度之王」稱號,科學家:用不起相信大家對金剛石都不會陌生,也被人們稱為金剛鑽,是一種由碳元素組成的礦物,也是自然界中由單質元素組成的粒子物質當然了,這種金剛石也並非只有地球才能夠產出,從一些天體隕落的隕石當中,也能夠窺探到這種金剛石的存在含量,還被譽為「硬度之王」!但是這個榮譽,只是在另一種物質還沒有被發現之前,人們對於它的讚賞,有這樣一種物質的硬度是金剛石的40倍,這也讓金剛石痛失「硬度之王」的稱號,這種東西就是碳塊。這種東西的硬度非常的高,遠遠的超過了金剛石,這也顛覆了人們的認知。
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    一直以來,金剛石都是以「自然界中天然存在的最堅硬物質」呈現在人們腦海中的。然而正如某句話所說,這個世界上所有的事物都是相對而言的。讓人想不到的是,硬度數一數二的金剛石也有「柔韌」的一面。近日,燕山大學與科學國家重點實驗室的科研人員聯合,利用透射電子顯微鏡,開發出了金剛石的新性能。
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    ,早期曾在日本德島大學酒井士郎教授團隊參與氮化鎵 MOCVD 生長技術的研究,成功開發出單片和六片 MOCVD,研發出了高亮度的氮化鎵 LED,並被日本豐田合成等公司量產。,研究內容包括金剛石單晶的合成、金剛石光電子器件、氧化鋅納米結構及其光電器件等。