作者:王慧田等 来源:《物理评论B》 发布时间:2010-11-11 17:17:21
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科学家确认一种新型超硬碳结构
 
据美国物理学家组织网11月9日(北京时间)报道,2003年,科学家曾在实验中构建了一种新型的碳结构,但此项发现一直备受争议;最近,两组不同的研究团队利用不同方法确认了一种被称为体心四方碳的三维网络结构,认为这种结构与2003年所发现的并无二致。
 
纯碳以各种不同的结构形式存在,如石墨和金刚石。这种新型体心四方碳的结构出乎意料的简单,介乎金刚石的碳原子立方体和石墨的六方晶格碳原子薄片之间,为包含4个碳原子的方片,由垂直于方片的短键相连。这种形式的碳是石墨在常温下经高压形成的。
 
众所周知,石墨在冷压环境下(在室温下施以高压),其转变是可逆的。2003年,美国斯坦福大学研究人员在一个金刚石压砧中对石墨进行压缩,同时获取X射线衍射图样以帮助确定结构内的键合。他们发现,当压力超过17吉帕(17万大气压)时,通常情况下为柔软状态的石墨中的碳原子形成了一种硬度足以粉碎金刚石的材料,但其结构尚不清楚。
 
在最新一期《物理评论B》上,由中国南开大学王慧田(音译)领导的科学家小组通过计算机模拟表明,这种超硬碳至少部分是由体心四方碳组成的。研究小组对15种可能结构进行研究后发现,透明的体心四方碳不仅只需很少的能量就能形成,其剪切强度甚至比金刚石还高出17%。如果这一结论能得以证实,也就意味着能在常温下制造出比金刚石更强的材料。
 
而在今年3月的《物理评论快报》上,由美国明尼苏达大学的雷纳特·温茨克维奇和日本产业技术综合研究所的三宅隆等组成的另一组科学研究团队用不同方法得出了类似的结论。利用量子力学模拟对体心四方碳结构进行分析后,研究小组发现体心四方碳在18.6吉帕下比石墨更稳定,和M碳(一种包含有5个和7个碳原子环层的结构)混合后,其产生的X射线衍射图与2003年发现的碳结构匹配度甚高。(来源:科技日报 冯卫东)
 
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