上海科學家發現比鑽石硬58%的最硬天然物質

2021-01-15 中國網

新浪科技訊北京時間2月19日消息，據英國《新科學家》雜誌報導，上海科學家通過實驗發現兩種物質的硬度比鑽石還要高，其中一種罕見天然物質的硬度要比鑽石高出58%。

極端條件下形成

上海交通大學的潘自成(音譯)及其同事進行了一次模擬實驗，模擬兩種據信為高硬度物質的原子如何對尖頭探測器施加的壓力作出反應。第一種物質是纖鋅礦型氮化硼，擁有與鑽石類似的結構，但卻是由不同原子構成的；第二種是朗斯代爾石(也被稱之為「六方鑽石」)，與鑽石一樣，都由碳原子構成，但它們的碳原子卻以不同形狀排列。

天然存在或者實驗室製造的纖鋅礦型氮化硼和朗斯代爾石數量很少，直到現在，也沒有一個人發現它們令人吃驚的硬度。此次模擬實驗顯示，纖鋅礦型氮化硼的抗壓能力比鑽石高18%，朗斯代爾石則高出58%。如果能夠通過物理實驗證實這些結果，兩種物質的硬度將大大超過其它任何已經經過測量的物質。

然而，進行這些實驗並非易事，原因很簡單：纖鋅礦型氮化硼和朗斯代爾石天然存在數量極少，需要找到一種方式獲取足夠數量以驗證模擬結果。有時候，朗斯代爾石會在含有石墨的隕石撞擊地球時形成，纖鋅礦型氮化硼則在創造高溫高壓的火山噴發時產生。

富於彈性的鍵

如果模擬結果得到證實，纖鋅礦型氮化硼可能成為其中用途最大的物質，相對於鑽石而言，這種物質在高溫有氧條件下較為穩定，使其成為安裝在切割與鑽孔工具尖端的理想選擇，以更好地完成高溫作業或者處理太空飛行器等表面上的耐腐蝕膜。

令人意想不到的是，纖鋅礦型氮化硼的驚人硬度居然源自原子間富於彈性的鍵。在施加壓力時，一些鍵會重新定向，角度大約在90度左右，以減輕壓力。研究報告聯合執筆人、拉斯維加斯內華達州大學的陳昌鋒(音譯)表示，雖然鑽石也出現類似過程，但在這一過程發生後，擁有特定結構的纖鋅礦型氮化硼其硬度提高了近80%，這種能力是鑽石不具備的。

需獲得單個晶體

德國海德堡大學的納塔莉亞·杜布羅維斯卡亞(NataliaDubrovinskaia)也進行了類似研究。她在接受《新科學家》採訪時表示：「這種研究非常重要，因為不管什麼嘗試和努力，只要能夠了解可提高材料特性——尤其是硬度的機制，在技術上都具有相當重大的意義。」杜布羅維斯卡亞解釋說，對於何種因素影響材料硬度，我們了解得越多就越有可能按要求設計出高硬度材料。為了驗證這一理論，研究人員需要獲得每種材料的單個晶體。但到目前為止，還沒有任何已知方式能夠離析或者「培育」出構成材料的晶體。(孝文)

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