“氮化碳”合成
作者:来源:材料PLUS发表时间:2024-02-06 10:48:18浏览量:5508
近日,科学家们实验中成功合成了“氮化碳”, 氮化碳是一种由碳和氮元素组成的化合物,其硬度超过了常见的材料,仅次于金刚石。这一重大发现不仅为我们提供了一种具有广泛应用前景的新型材料,而且对于深入理解物质的硬度、结构和性质之间的关系也具有重要意义。 早在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,甚至可能比金刚石更高,发现其具备高耐热性等诸多优异特性,但理论和制造这些材料是两回事,到目前为止,合成方面成功的研究并不多。科学家一直尝试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。 直到近日,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,最终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。研究人员在日前出版的《先进材料》上公布了这一成果。
这种新合成的氮化碳几乎和金刚石一样硬。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。Laniel说,他们合成的这种氮化碳新材料,硬度在78GPa到86GPa之间,这取决于形成的3种晶体结构中的哪一种。
研究结果表明,三种合成的氮化碳化合物具有突破性超硬材料所需的结构,科学家们惊喜地发现,这三种化合物在冷却并恢复到环境压力后仍保留了其超硬特性。
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上有着巨大的差距。而我们的合成结果弥补了这一差距。”Laniel说,他们新合成的材料尽管被称为“氮化碳”,但这是两种迥然不同的元素。他们非常愿意接受更广泛的意见,为其定一个更为准确的名字。
目前合成的样本只有5微米宽、3微米厚,扩大生产规模可能很困难。不过从理论上讲,使用更大的金刚石来压缩碳和氮,应该可以制造出更大块的材料,该化合物如若研制成功,有望应用于切割工具、传感器甚至炸药的制造。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。
Laniel表示,这种新材料具有金刚石所没有的优点,例如可以在压力下产生电信号,这可能使其应用于传感器领域。此外,该材料具有高能量密度,可能制成一种强大的爆炸物,但环境毒性要小得多。该团队还认为这项突破,为包括车辆和航天器的保护涂层、强大的切削工具和光电探测器在内的多个用途铺平了道路。
免责声明:如转载稿件涉及版权等问题,请与中国航空航天化工网联系删除。
关键词: 材料
免责声明:航化网出于分享有价值信息和促进知识传播的目的转载此文章。我们对文章内容和观点保持中立,不代表赞同其立场。内容仅供参考,不构成投资建议。我们尊重原创版权,已尽可能注明来源和作者。若您认为您的权益受到侵犯,请与我们联系,我们将立即更正或删除相关内容。