科学家实验室合成仅次于金刚石的第二硬材料

文章来源：中国科学报

科学家一直在寻找坚硬的材料，比如金刚石，作为地球上最坚硬的材料之一，成为许多材料科学研究的基准。

1989年，美国伯克利大学的A.Y. Liu和M.L. Cohen从理论上预言了一种由碳和氮合成的材料，推断其硬度可与金刚石相媲美，甚至可能比金刚石硬度更高。科学家采用各种手段试图在实验室合成这种化合物，但结果并不理想。

现在，英国爱丁堡大学的Dominique Laniel和同事，在70万倍大气压下压缩金刚石钻头之间的碳和氮，并用激光加热到3000摄氏度，合成了这种几乎和金刚石一样硬的化合物——一种氮化碳的微小样本。该化合物有望应用于切割工具、传感器，甚至炸药的制造。

金刚石的硬度约为90GPa，而此前已知的第二硬材料——立方氮化硼的硬度在50GPa至55GPa之间。而Laniel说，他们合成的这种氮化碳新材料，硬度在78GPa到86 GPa之间，其具体硬度取决于形成了3种晶体结构中的哪一种。

不过，Laniel等人合成的氮化碳的硬度，推翻了1989年对该物质硬度将超过金刚石的预言。

“之前硬度排名第二的立方氮化硼与金刚石在硬度之间有着巨大的差距。而我们开始弥补这一差距。”Laniel说，他们新和成的材料尽管被称为“氮化碳”，但与现有的氮化碳非常不同，因此，他们愿意接受更广泛的意见，为其定一个更为准确的名称。

目前合成的样本只有5微米宽、3微米厚，因此扩大生产规模可能很困难。不过，理论上，使用更大的金刚石压缩碳和氮，应该可以制造出更大块的材料，但合成所需的压力可能更高。而这些将使氮化碳的成本远高于金刚石。

但Laniel表示，这种新材料具有金刚石所没有的优点，例如在压力下产生电信号，这可能使其应用于传感器。此外，该材料具有高能量密度，可能使其成为一种强大的炸药，环境毒性也小得多。

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