国际研究小组利用“巴基球”合成新型超硬钻石玻璃

根据一项新研究，包括卡内基梅隆大学的费英伟和王林在内的一个国际研究小组合成了一种新的超硬形式的碳玻璃，在设备和电子方面有大量潜在的实际应用。它是已知最硬的玻璃，在所有玻璃材料中具有最高的导热性。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。

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当涉及到理解一种材料的特性时，功能遵循形式。原子如何相互化学键合，以及由此产生的结构排列，决定了一种材料的物理品质--既包括那些肉眼可以观察到的，也包括那些只有通过科学探测才能发现的。

碳在形成稳定结构的能力方面是无可匹敌的--无论是单独或与其他元素结合。一些形式的碳是高度有组织的，具有重复的晶体模式。其他的则更加无序，一种被称为无定形的特征。将碳基材料结合在一起的键的类型决定了其硬度。

费英伟解释说：“合成一种具有三维键的无定形碳材料是一个长期的目标。诀窍是找到合适的起始材料，在施加压力的情况下进行转化。”

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卡内基梅隆大学地球和行星实验室主任Richard Carlson补充说：“几十年来，卡内基的研究人员一直处于该领域的前沿，利用实验室技术产生极端压力来生产新型材料或模仿行星内部深处的条件。”

由于其极高的熔点，不可能用钻石作为起点来合成钻石玻璃。然而，由吉林大学的刘冰冰和姚明光（前卡内基访问学者）领导的研究小组通过使用一种由60个分子组成的碳的形式，排列成一个空心球，取得了他们的突破。这种获得诺贝尔奖的材料被非正式地称为“巴基球”，它被加热到足以使其类似足球的结构崩溃，以诱发无序状态，然后在压力下将碳变成结晶钻石。

该团队使用了一个大体积的多安瓿压力机来合成钻石玻璃。这种玻璃足够大，可以进行表征。它的特性用各种探测原子结构的先进的高分辨率技术进行了确认。

费英伟解释说：“一种具有如此卓越性能的玻璃的诞生将为新的应用打开大门。新玻璃材料的使用取决于制作大块的玻璃，这在过去是一个挑战。我们能够合成这种新的超硬钻石玻璃的相对较低的温度使得大规模生产更加实用。”

相关链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03882-9

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