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科学家合成新型纳米材料硬度超钻石

信息来源:eooaoo.com  时间:2013-02-01  浏览次数:1100

北京时间2月1日消息,据英国《新科学家》杂志网站报道,传统上认为钻石是自然界硬度最高的物质,也因此常常会被用在工业钻头上。但科学家们近日合成了一种硬度超越钻石的新材料。
        来自美国芝加哥大学,新墨西哥大学,中国燕山大学,吉林大学以及河北工业大学的科学家们近期成功合成一种具有超高硬度的氮化硼材料,不同于一般的氮化硼材料,这种新材料形式的硬度超过了钻石。
        根据研究人员们进行的相关测试,这种透明物质的硬度胜过钻石,或者至少与之相当。其维氏硬度测试达到108 GPa,而人造钻石的这一分值是100 GPa,而一般市场上的立方氮化硼材料的硬度值只有其一半左右。
       硬度发生如此提升的奥秘在于其内部的纳米结构。田永军(Yongjun Tian,音译)和其它研究人员使用洋葱般层状结构的氮化硼颗粒,然后将其在1800摄氏度高温和15 GPa(相当于汽车胎压的6.8万倍)环境下压缩,在这种条件下这些晶体发生再结晶并形成孪晶结构。
        在纳米孪晶结构中,相邻的原子共用一个边界,就像公寓楼里相邻的房间共用一堵墙壁一样。而为了让晶体硬度更高,科学家们尽量让晶体颗粒的体积变小,这就让它的结构被瓦解的可能性大大降低,因为极小的颗粒就意味着要想在其紧凑的原子之间插入其它东西变得越发困难。然而这样的做法遇到了瓶颈:在大约10纳米的尺度上,晶体结构的内在缺陷效应几乎已经开始抵消紧凑结构带来的稳定性了,反而开始削弱整体结构。
        然而纳米孪晶的形式可以进一步提升结构强度,对于氮化硼来说,其可以达到在4纳米尺度上保持强度。这样得到的晶体结构在极高的温度下也仍然是稳定的。
        研究人员表示:“在我们制成的纳米孪晶立方氮化硼结构实现了优异的热稳定,化学稳定性和硬度的两者兼得。其硬度甚至可以媲美金刚石,从而使其成为适合工业应用的理想材料。”
        田永军表示,通过未来的进一步研究,这种超硬度材料的价格将会与目前市面上出售的普通立方氮化硼材料相接近,其可能的应用领域将包括机械加工,打磨和切割等,还有科学仪器的制造。
        当然现在的问题在于,要想精确地测定一种材料的硬度,你需要制造一种硬度比它更高的材料,将其制成倒金字塔型,然后测试看看需要多大压力才能将塔尖压入待测材料。因此从这个角度上来说,要想精确测定此次科学家们合成的这种超硬度材料还另需时日。
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