| 長久以來，人們都認(rèn)為鉆石是世界上最硬的材料，女孩子們都希望鉆石如影隨形，但很快，它就會(huì)在工業(yè)鉆孔機(jī)面前失寵。早在幾年前，隨著人造納米材料的出現(xiàn)，號(hào)稱“世界最硬材料”的鉆石就果斷給跪了?，F(xiàn)在，一種稀有的的天然物質(zhì)硬度足足比鉆石高出58%，貌似可以甩開它們好幾條街。
中國上海交通大學(xué)的潘梓誠及其同事模擬兩種據(jù)信為高硬度物質(zhì)的原子對尖頭探測器施加的壓力的反應(yīng)
首先，纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化硼與鉆石結(jié)構(gòu)相似，但組成原子不同。
其次，朗斯代爾石(也被稱之為“六方鉆石”)，雖然與鉆石一樣，都由碳原子構(gòu)成，但它們的碳原子的排列方式卻不同。
天然存在或?qū)嶒?yàn)室中制備出的纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化硼和朗斯代爾石非常少，所以直到現(xiàn)在也沒人意識(shí)到它們的超高強(qiáng)度。這次模擬表明纖鋅礦型氮化硼能比鉆石多承受18%的應(yīng)力，而朗斯代爾石能多承受58%。如果這個(gè)結(jié)論可以被物理實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證，這兩種材料將會(huì)比現(xiàn)已測得的任何物質(zhì)都要硬。
然而實(shí)驗(yàn)困難重重，由于二者在自然界都很稀有，這就需要想辦法制備出足夠多的樣品來進(jìn)行測試。
罕見的朗斯代爾石有時(shí)會(huì)在含石墨的隕石撞擊地球的瞬間形成，然而纖鋅礦型氮化硼則需要火山噴發(fā)產(chǎn)生的高溫和高壓才能形成。
然而如果模擬結(jié)論得到證實(shí)，由于其在高溫中對氧氣的穩(wěn)定性比鉆石要高，纖鋅礦型氮化硼用途可能會(huì)最廣。這會(huì)使其成為在高溫下作業(yè)時(shí)鉆具和切割器械的理想刀頭，或者可以作為航天器的耐腐蝕涂層。
德國海德堡大學(xué)的納塔莉亞•杜布羅維斯卡亞也進(jìn)行了類似研究。
她在接受《新科學(xué)家》采訪時(shí)表示：“這種研究非常重要，因?yàn)椴还苁窃鯓訃L試和努力，只要能夠了解可提高材料特性——尤其是硬度的機(jī)制，在技術(shù)上都具有相當(dāng)重大的意義。”
杜布羅維斯卡亞解釋說，對于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(shè)計(jì)出高硬度材料。為了驗(yàn)證這一理論，研究人員需要獲得每種材料的單晶。但到目前為止，還沒有哪種技術(shù)能生長此類單晶。
由于沒有足夠的材料提供測試，上述令人振奮的結(jié)論仍然未能被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。陳昌鋒表示：“自我們2009年的工作以來，還沒有大量人工合成的纖鋅礦結(jié)構(gòu)氮化硼或朗斯代爾石。”
但是超硬晶體的研究中再次殺出了黑馬。去年，燕山大學(xué)的田永君與其同事進(jìn)行了氮化硼的立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變——與陳的六方轉(zhuǎn)變不同——并表示其硬度同樣比鉆石高。
這次研究的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)受到了很多質(zhì)疑，但是陳相信田所研究的材料仍然經(jīng)的住考驗(yàn)。陳表示：“主要的挑戰(zhàn)還是在于理解這個(gè)特殊現(xiàn)象下的原子間作用機(jī)制。”
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