超硬材料網(wǎng)

日本筑波大學(xué)(University of Tsukuba)的研究人員通過電腦計(jì)算，設(shè)計(jì)出一種比鉆石更堅(jiān)硬的新型碳基材料。發(fā)明者把它叫做“五角鉆”(pentadiamond)。

(University of Tsukuba)

       很久以來，人們都認(rèn)為鉆石是最堅(jiān)硬的材料。碳原子構(gòu)成多種同素異形體，包括石墨、碳納米管等。各種材料的機(jī)械屬性，包括硬度，主要取決于內(nèi)部原子之間的綁定方式。
       普通鉆石內(nèi)，每個(gè)碳原子與相鄰的四個(gè)原子組成共價(jià)鍵。化學(xué)家把這種結(jié)構(gòu)叫做sp3混成。碳納米管與其它一些碳基材料，每個(gè)碳原子組成三個(gè)綁定，稱為sp2混成。
       筑波大學(xué)的研究人員探索了這兩種混成結(jié)構(gòu)兼有的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。“由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的大量組合和排列方式，既有sp2混成原子又有sp3混成原子的碳材料形態(tài)更廣泛。”這份研究的第一作者藤井靖(Yasumaru Fujii)說。

       研究人員使用密度泛函理論(DFT)算出最穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)，并估計(jì)它的硬度。
       化學(xué)和固態(tài)物理學(xué)廣泛使用密度泛函理論預(yù)測(cè)材料的結(jié)構(gòu)和特性?？墒且粉櫂悠分兴须娮拥牧孔討B(tài)，特別是它們之間的相互作用，通常很困難。密度泛函理論使用近似模擬，聚焦于繞行原子的電子在軌道空間上的最終密度。這簡(jiǎn)化了計(jì)算，使其既夠精確，又是電腦可以完成的任務(wù)。
       研究人員算出“五角鉆”的硬度是普通鉆石的1.4倍。
       合作研究者丸山美奈(Mina Maruyama)說：“五角鉆比普通鉆石更堅(jiān)硬，可是密度卻低很多，和石墨差不多。”
研究人員表示，這項(xiàng)發(fā)明展示了利用電腦從零開始設(shè)計(jì)材料的實(shí)力。

       除了在工業(yè)切割上的應(yīng)用，研究人員稱，這種材料也可用于鉆石對(duì)頂砧。這種設(shè)備利用兩個(gè)鉆石平面相互擠壓，產(chǎn)生極高的壓力，模擬極端條件從事研究。