@ 2015.12.02 , 18:00
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科学家发现新碳相,常温下可以造钻石

北卡莱罗纳州立大学的研究人员们已经发现了一种名为Q-carbon的新碳相,它与人们已知的碳相石墨和金刚石不同。同时研究人员们还研发出了一种技术,能够在常温常压下利用Q-carbon做出与金刚石相关的结构。

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相(在物理学上有时也称作物态)是同一材料的不同形式。石墨是碳的固体形态之一,金刚石则是碳的另外一种固体形态。

北卡莱罗纳州立大学材料科学与工程方面杰出的客座教授Jay Narayan表示:“现在我们创造出了第三种固相碳。在自然界中我们唯一可能找到它的地方是某些星球的内核。”

Q-carbon拥有一些非凡的特性。比如它有磁性,这是其它固体形态的碳不具备的特性。Narayan说:“我们甚至都没想过它还有这个特性。”另外,Q-carbon比金刚石更坚固,当它接触到极低的能量时还会发光。

Narayan说:“Q-carbon的强度及其低功函数(把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量),使得它在研发新型电子显示技术方面具备极大前景。”

Q-carbon也能被用来创造一系列单晶金刚石物体。为了更好地理解这一点,让我们来看看Q-carbon的制作过程。

研究人员们先选择一种基质(比如蓝宝石、玻璃和工程塑料),接着他们给基质涂上一层非晶碳(这种碳元素不同于石墨和金刚石,它没有常规的、固定的晶体结构)。之后他们利用单束激光脉冲轰击非晶碳,持续时间约200纳秒。在此期间,非晶碳的温度会上升至4000开氏度(约3727摄氏度),之后它会快速冷却。该操作在常压条件下进行。

结果就是基质被涂上了一层Q-carbon,研究人员们利用这一过程制作出来的涂层厚度在20纳米至500纳米之间。

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研究人员们通过利用不同的基质并改变激光脉冲轰击非晶碳的时间,还能够控制碳冷却的速度。他们能通过改变碳冷却的速度在Q-carbon中创造金刚石结构。

Narayan说:“我们能够创造金刚石纳米针、微针和纳米点,当然还有大面积的金刚石涂层,这些在药物运输、工业生产过程以及创造高温开关和电力电子方面有极大应用。这些金刚石物体拥有一种单晶体结构,使得它们比多晶体材料更坚固。另外Q-carbon在常温常压下即可完成,因此它不仅有新的用途,制作它的过程也相对廉价。”

此外,如果研究人员们想要将更多的Q-carbon变成金刚石,他们只需简单地重复激光脉冲/冷却过程即可。

如果Q-carbon比金刚石更坚硬,为何还会有人想要制作金刚石纳米点而不是Q-carbon纳米点呢?因为我们对于这种新材料的了解依旧太少。

Narayan说:“我们能够制作Q-carbon涂层,我们也正在了解它的特性,但我们对它的了解依旧处于早期阶段。我们对金刚石非常了解,因此我们能制造金刚石纳米点。我们尚不清楚该如何制作Q-carbon纳米点和微针。这是我们正在研究的东西。”

北卡莱罗纳州立大学已经申请了Q-carbon和金刚石制作技术的专利。

本文译自 PHYS,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 27+1

  1. 写写画画
    @2 years ago
    2999268

    金刚石代替硅制作芯片指日可待

    [61] XX [6] 回复 [0]
  2. 2999273

    翻译不够认真

  3. Finder.exe
    @2 years ago
    2999274

    校长送给老师的钻戒被我的吸铁石吸走了

    [123] XX [2] 回复 [0]
  4. 2999278

    新材料领域简直就是当代炼丹术….

    [43] XX [2] 回复 [0]
  5. 啦啦啦
    @2 years ago
    2999280

    血钻军阀分分钟秒杀你们实验室

  6. 2999287

    钻戒不流行了,以后直接手指上镀一层钻。亮闪闪。

  7. 胡安
    @2 years ago
    2999289

    以后家里可以用上钻石刃的菜刀了
    (其实现在也行,只要你出得起钱,用气相沉积机也可以给你家菜刀镀上一层钻石,不过比起造钻石仍然是两码事)

  8. 2999291

    竟然不是致富信息?

  9. 胡安
    @2 years ago
    2999292

    @phane:
    好久之前人造钻石就已经量产了
    各种人造宝石也是在x宝上能买得到,除了不是天然形成的以外,物理性质跟天然宝石差别不大
    玻璃球那么大的一颗红宝石还不到100块

    [33] XX [2] 回复 [0]
  10. 煎蛋机
    @2 years ago
    2999294

    这样都行啊

  11. 老煎
    @2 years ago
    2999322

    @胡安: 难磨易崩口

  12. sandersyao
    @2 years ago
    2999371

    3727摄氏度的常温 我怎么理解?

  13. 胡安
    @2 years ago
    2999410

    @老煎:
    = =
    你听说过陶瓷厨刀需要磨么?

    钻石刀显然更不需要

  14. Calibre
    @2 years ago
    2999423

    @胡安 但是陶瓷刀摔地上就会碎…

  15. 年年
    @2 years ago
    2999456

    @胡安: 急的时候拿火烤烤消毒动手术 咦我刀呢

  16. dffdsdf
    @2 years ago
    2999459

    @胡安:

    我家就是做工业金刚石的。金刚石镀层刀具损坏很快的。

    另外常用的金刚石是用粉末冶金的方法,镶嵌在金属基底上的(比如切石材的锯片),不能独立使用,更谈不上做刀刃。形状也是接近球形的多面体。

    非球形的金刚石颗粒非常易碎,是不合格品。

  17. 韩国货
    @2 years ago
    2999530

    @胡安: 氧化铝能有那么便宜。。。

  18. ergo23333
    @2 years ago
    2999540

    砖石套指日可待,现在就差附魔技术了。

  19. 悬岳
    @2 years ago
    2999589

    钻石男朋友上市指日可待

  20. 老煎
    @2 years ago
    2999593

    @胡安: 韧性,陶瓷比钻石这种晶体要高得多!

  21. 老煎
    @2 years ago
    2999594

    @sandersyao: 200纳秒之内升到这个温度并降下来了……其实很凉快了。

  22. 游客
    @2 years ago
    2999643

    @胡安: 老司机有木有推荐的店子啊😊

  23. 2999771

    @写写画画: 呵呵,你知道什么叫半导体吗

  24. 饕餮
    @2 years ago
    2999885

    用比人造钻石难造百倍的物质造钻石,标题你赢了。

  25. 3000219

    @qler: 硅和C都是IV族元素,都是半导体,而且金刚石是和硅一样的晶格结构,所以金刚石的确可以做半导体基板的,只是贵而已,碳化硅和蓝宝石早就在半导体开关电路上有应用了。金刚石实验室研究也有十几年了吧,据说可以做性能更好的半导体,但是貌似依稀还没见商用的。现在是石墨烯热潮做半导体。

  26. 3000485

    正好问下 DLC 工艺是怎么实现的?跟这个工艺和效果区别何在?还有为什么卡西欧的 DLC 感觉没有西铁城的耐磨?

  27. alpha_boy
    @1 year ago
    3245448

    用激光可以更廉价地制造人工钻石了?呃,血钻也许会被技术消灭掉?不过,也许还要看一颗恒久远的广告能继续洗脑多少人……

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