鉆石般堅硬的彈性碳

材料牛注：碳具有許多屬性，但通常與之最不相關的一個詞是“有彈性的”。直到卡內基科學院和燕山大學的研究團隊開發出了一種新型的碳，才打破了這一說法，這種碳具有彈性，同時也具有高強度、重量輕、能導電的性能，可以適用于從航空航天到軍事裝甲等各種應用。

碳通常具有兩種形式。一種就是不透明的黑色物質，例如煤，另一種就是堅硬、璀璨的晶體，如鉆石。然而，對于化學家們來說，碳是一種可以形成令人難以置信的物質陣列的元素，包括石墨分子所形成的用于鉛筆和潤滑劑的光滑平板，以及用于珠寶或鉆頭的金剛石所形成的的持久耐用的結晶基質，又或者是異形分子，包括形成空心球體的具有60個碳原子的巴克敏斯特富勒烯，或者是比最強的鋼還要強200倍的石墨烯片。

這種新型彈性碳是由石墨烯層和彎曲的分子表面所制成的，它們是由和鉆石中所具有的相同的強鏈接力所連接在一起的。這使得這種新物質既具有彈性又超強而輕。它是由被稱為“玻璃態”碳的一種異形碳所形成的。也就是說，這種碳不是真正的固體，而是像玻璃一樣的過冷液體。而且和玻璃一樣，它也不具有晶體結構。

該研究團隊將這種“玻璃碳”置于250,000個大氣壓和1800°F（982℃）的溫度下進行了實驗。研究人員試圖通過加壓以改變“玻璃碳”的結構，但是在恢復常壓后其又恢復了原有的結構。在壓力和溫度的作用下，“玻璃碳”在納米尺度上進行折疊、合并、連接成短結構，從而形成類石墨鍵和類金剛石鍵。

燕山大學的趙智勝教授說：“輕質材料具有高強度和高彈性，對那些減輕重量至關重要的應用來說是非常有利的，甚至超過材料成本的重要性。而且，我們相信，通過對這種合成方法加以改進，可以創造具有其他特殊形式的碳和完全不同的材料。”

這項研究已經發表在期刊Science Advances上。

原文鏈接：Diamond-like linkages help create super-strong "stretchy" carbon

文獻鏈接：Compressed glassy carbon: An ultrastrong and elastic interpenetrating graphene network

本文由材料人編輯部黃亞編譯，點我加入材料人編輯部。

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