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碳是宇宙中含量第四高的元素，也是我們所知道的構成生命的基礎，無論是單獨的碳還是與其他元素聯合構成的物質都能形成穩定的結構。

材料的性質取決于其原子的鍵合方式以及鍵合所產生的結構形式。對于基于碳的材料，不同的鍵合方式產生了不同的材料性質，比如具有三維“ sp3”鍵的金剛石具有很高的硬度，而具有二維“ sp2”鍵的石墨則具有很好的柔軟性。

盡管碳化合物種類繁多，但只有少數3維，采用sp3鍵結合的碳基材料是已知的，包括金剛石。由于其具有包括強度，硬度和熱導率在內的一系列優秀特性，這類三維鍵合結構的材料在許多實際應用中具有非常高的競爭力。

盡管人們對這種鍵合可能合成的結構做出了許多預測，但除了鉆石及其一些包含其他元素的類似物，幾乎沒有其他可擴展的sp3碳材料被創造出來。

近日，卡耐基科學研究所的Timothy Strobel及其研究團隊預測并成功合成了具有可調節機械性能和電子性能的“超級金剛石”碳基材料，研究成果發表在《Science Advances》雜志上。

Strobel介紹了其研究過程：“根據化學原理，向結構中添加硼會增強其穩定性，我們研究了另一種稱為籠形物的3D鍵合碳材料，其籠形結構捕獲了其他類型的原子或分子?！?/p>

由其他元素和分子組成的絡合物是常見的，并且已經在自然界中合成或發現。然而，盡管長期以來一直預測碳基籠形物的存在，但至今尚未合成成功。研究人員嘗試創建這種結構已經超過50年。

Strobel及其研究團隊使用先進的結構搜索工具來預測第一個熱力學穩定的碳基籠形物，然后合成籠形物結構，該結構由在高壓和高溫條件下捕獲鍶原子的碳硼籠子組成。

最終合成了具有與鉆石鍵合方式相同的3D碳基骨架，并且可在環境條件下回收。但是與鉆石不同的是，籠子中捕獲的鍶原子使材料具有金屬性-意味著它可以導電，并且在高溫下具有超導潛力。此外，籠形物的性質可能會根據籠子中客體原子的類型而變化。

Strobel說：“被困的原子與籠子有很強的相互作用。根據存在的特定客體原子，可以將包合物從半導體調整為超導體，同時保持牢固的類金剛石鍵。鑒于存在大量可能的替代物，我們設想了一種全新的具有高度可調屬性的碳基材料。”