碳具有石墨、金剛石、富勒烯、碳納米管、石墨烯等多種同素異形體,石墨在高壓下可直接轉(zhuǎn)變成超硬金剛石。對(duì)于這種高溫高壓截獲的亞穩(wěn)相,其晶體結(jié)構(gòu)與初始前驅(qū)體結(jié)構(gòu)、壓力溫度條件以及加載或卸載方式密切相關(guān),為探索新奇碳材料提供了機(jī)會(huì)。
亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(燕山大學(xué))田永君教授、趙智勝教授等人與國(guó)內(nèi)外科學(xué)家合作,以玻璃碳為初始原料,利用高壓配合較溫和的溫度條件合成了一種新型碳的同素異形體。其保留了玻璃碳的一些結(jié)構(gòu)特征,故被命名為“壓縮玻璃碳”。
壓縮玻璃碳是一種新型碳材料,具備石墨和金剛石的成鍵特征,是一種由sp2和sp3組成的混合雜化物,具有奇異的性能,密度和導(dǎo)電性與石墨相近。其壓縮強(qiáng)度明顯高于金屬和陶瓷材料,比強(qiáng)度是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上。其硬度與寶石相當(dāng),可刻劃碳化硅單晶。其局部變形的壓入彈性恢復(fù)率在70%以上,明顯高于金屬和陶瓷材料,甚至高于形狀記憶合金和有機(jī)橡膠。壓縮玻璃碳集輕質(zhì)、超強(qiáng)、高硬、高彈和良好導(dǎo)電性于一身,在軍事和航空航天等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
該研究確立了性能組合碳基塊材路線圖,相關(guān)成果于2017年6月9日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Science Advances上發(fā)表。
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