日前從北京高壓科學(xué)研究中心獲悉，該中心緱慧陽研究員團(tuán)隊及其合作者利用高溫高壓手段首次制備了一種新形態(tài)金剛石——次晶態(tài)金剛石，該形態(tài)是科學(xué)家們一直尋找的具有中程有序結(jié)構(gòu)的金剛石。此外，他們發(fā)現(xiàn)次晶態(tài)金剛石顯示出優(yōu)越的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，在高端技術(shù)領(lǐng)域和極端環(huán)境應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，相關(guān)成果于近日在《自然》發(fā)表。
通常情況下，根據(jù)是否存在長程周期性，固體被分為結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)。當(dāng)晶體的長程有序度顯著降低時，理解這兩種狀態(tài)之間的差別變得異常困難，特別是對于強(qiáng)共價和類共價固體。因此，理論科學(xué)家們提出了一種“次晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型”，這種“次晶模型”本質(zhì)是在非晶基體中引入納米尺寸的次晶晶格來解釋非晶態(tài)晶體的中程有序結(jié)構(gòu)。
該研究團(tuán)隊使用富勒烯作為原料通過自主開發(fā)的大腔體壓機(jī)極端高壓技術(shù)對富勒烯進(jìn)行高溫高壓處理，發(fā)現(xiàn)壓縮的富勒烯聚合轉(zhuǎn)變成為一種高密度無序的碳。高分辨透射電子顯微鏡顯示樣品中存在高密度且均勻分布的類晶體團(tuán)簇(尺寸為0.5~1.0nm)，其原子構(gòu)型接近于立方和六方金剛石并且具有很高的晶格畸變，這種由亞納米尺寸次晶為主要構(gòu)成的金剛石被稱為次晶金剛石。他們進(jìn)一步用大尺度分子動力學(xué)模擬證實(shí)了這種隱藏的結(jié)構(gòu)有序性，建立了與實(shí)驗結(jié)果高度匹配的次晶金剛石模型。
“與非晶硅相比，非晶金剛石在兩個原子配位殼層內(nèi)存在超強(qiáng)的類金剛石短程有序性，這一特征有利于中程有序結(jié)構(gòu)的形成。另外，次晶金剛石的合成還高度依賴于富勒烯前驅(qū)物的本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。”緱慧陽解釋。
