作者:John V. Badding 来源:《自然—材料》 发布时间:2014/10/10 14:38:02
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“太空天梯”或成为可能

 

最近,美国宾夕法尼亚州立大学化学家首次发现了怎样生产超细“钻石纳米线”。钻石纳米线的核心由钻石的基本单位结构连接而成——碳原子以三角四面体结构首尾相连,外围包着一层氢原子。研究人员推测,这种钻石纳米线有着非凡属性,强度和硬度都超过了目前最强的纳米管和聚合材料。相关论文发表在9月21日的《自然—材料》杂志上。

纳米线的宽度仅几个原子,比光纤细几十万倍。该研究负责人、宾州大学化学教授约翰·拜丁说:“就像一个不可思议的珠宝商,把最小的钻石串在一起,成为微小的钻石‘项链’。因为线的中心是钻石,我们推测它可能具有超凡的硬度、强度和用途。”

近一个世纪以来,人们想把独立含碳分子(如液体苯)压缩成一种有序的、类钻石纳米材料,一直未能成功。“我们用了橡树岭国家实验室的大型高压装置,压缩6毫米宽的苯——与以往实验相比,这种数量是极大的。”论文合著者、卡内基科学研究所的马尔科姆·格斯里说,“我们发现,在室温下充分压缩后再缓慢释放压力,让碳原子有时间互相反应,连成高度有序的碳四面体单行链,成为这些钻石核纳米线。”

据物理学家组织网9月21日报道,研究人员压缩的分子是苯,含6个碳原子和6个氢原子。在压缩过程中,扁平的苯分子堆积在一起、弯曲、断裂,然后随着压力的缓慢释放,原子以一种完全不同、却仍高度有序的方式重新连在一起。碳原子形成四面体结构,氢原子“挂在”外面,四面体互相连接形成了细长的纳米线。

研究小组在多家机构、用多种技术对钻石纳米线结构进行了检验,结果显示纳米线中还有某些不够完美的地方,他们打算继续改进它们的结构。此外,他们还希望找到能制造更多纳米线的方法。“制造纳米线所需的高压限制了它的生产能力,一次只能生产几个立方毫米,所以还不够用于工业规模。”拜丁说,“我们的目标之一是消除这种限制,让这些钻石纳米线能在更实际的条件下生产。”

这些纳米线有着稳定的四面体核心,也是一类新材料——钻石类纳米材料中的首个成员。拜丁说,用苯分子的自然排列引导形成这种新的钻石纳米线,也让以碳氢为基础制造更多其他类分子变成了可能,比如添加其他原子,让它们与纳米线结合。通过挤压所设计的液体,就能造出大量不同材料。钻石纳米线可以使许多行业获得巨大改进,比如超强、轻质线缆,使建造“太空天梯”成为可能。(来源:科技日报 常丽君)

 

 

 
 
 
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