Nature：毫米級近全sp3非晶碳塊體材料首次合成

稀、飯 2年前 (2021-11-25) 2066瀏覽

【引言】

非晶態材料也叫無定形或玻璃態材料，這是一大類剛性固體，表現出許多優良的力學性能，而且往往易于成型，便于應用。這類材料包括天然非晶態固體、人造眼鏡(氧化物和金屬玻璃)、塑料、非晶態半導體等，在許多領域都有生產和使用。由于其在技術上的重要應用，具有sp²雜化或混合sp²-sp³雜化的無定形碳已被探索和制備，具有與石墨相似的柔軟、導電等特性。然而，合成與金剛石結構、性質相對應的，由全sp³鍵形成的非晶碳塊體材料仍然是一個挑戰，與硅和鍺的情況相反，它們很容易形成非晶結構，是碳材料領域長期未能突破的科學難題。

今日，吉林大學劉冰冰、姚明光課題組，采用自主研發的大腔體壓機超高壓技術，利用C₆₀碳籠壓致塌縮形成的“非晶碳團簇”這一新的構筑基元，更高溫壓區間首次成功合成了毫米級近全sp³非晶碳塊體材料，并且體積是早期研究中生產的10³-10⁴倍。該材料具有高質量、毫米級、透明的優異性能，sp³碳含量最高可達97.1%。并且本工作合成的近全sp³非晶碳具有優異的力、熱、光學性能，光學帶隙為2.7 eV，維氏硬度達到102 GPa，楊氏模量高達1182 GPa，可與金剛石相提并論，熱導率高達26 W/mK，是目前非晶態材料中發現的硬度、熱導率、模量最高的材料。上述發現有助于了解通過高壓和高溫技術合成塊體非晶材料，并為非晶固體的應用提供新的思路。相關論文以題為“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”發表在Nature上。