美科學家造出最細鑽石奈米線
- 發佈時間：2014-09-23 19:30:27 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 最近，美國賓夕法尼亞州立大學化學家首次發現了怎樣生産超細“鑽石奈米線”。鑽石奈米線的核心由鑽石的基本單位結構連接而成——碳原子以三角四面體結構首尾相連，週邊包著一層氫原子。研究人員推測，這種鑽石奈米線有著非凡屬性，強度和硬度都超過了目前最強的奈米管和聚合材料。相關論文發表在9月21日的《自然·材料》雜誌上。
奈米線的寬度僅幾個原子，比光纖細幾十萬倍。該研究負責人、賓州大學化學教授約翰·拜丁説：“就像一個不可思議的珠寶商，把最小的鑽石串在一起，成為微小的鑽石‘項鍊’。因為線的中心是鑽石，我們推測它可能具有超凡的硬度、強度和用途。”
近一個世紀以來，人們想把獨立含碳分子（如液體苯）壓縮成一種有序的、類鑽石奈米材料，一直未能成功。“我們用了橡樹嶺國家實驗室的大型高壓裝置，壓縮6毫米寬的苯——與以往實驗相比，這種數量是極大的。”論文合著者、卡內基科學研究所的馬爾科姆·格斯裏説，“我們發現，在室溫下充分壓縮後再緩慢釋放壓力，讓碳原子有時間互相反應，連成高度有序的碳四面體單行鏈，成為這些鑽石核奈米線。”
據物理學家組織網9月21日報道，研究人員壓縮的分子是苯，含6個碳原子和6個氫原子。在壓縮過程中，扁平的苯分子堆積在一起、彎曲、斷裂，然後隨著壓力的緩慢釋放，原子以一種完全不同、卻仍高度有序的方式重新連在一起。碳原子形成四面體結構，氫原子“挂在”外面，四面體互相連接形成了細長的奈米線。
研究小組在多家機構、用多種技術對鑽石奈米線結構進行了檢驗，結果顯示奈米線中還有某些不夠完美的地方，他們打算繼續改進它們的結構。此外，他們還希望找到能製造更多奈米線的方法。“製造奈米線所需的高壓限制了它的生産能力，一次只能生産幾個立方毫米，所以還不夠用於工業規模。”拜丁説，“我們的目標之一是消除這種限制，讓這些鑽石奈米線能在更實際的條件下生産。”
這些奈米線有著穩定的四面體核心，也是一類新材料——鑽石類奈米材料中的首個成員。拜丁説，用苯分子的自然排列引導形成這種新的鑽石奈米線，也讓以碳氫為基礎製造更多其他類分子變成了可能，比如添加其他原子，讓它們與奈米線結合。通過擠壓所設計的液體，就能造出大量不同材料。鑽石奈米線可以使許多行業獲得巨大改進，比如超強、輕質線纜，使建造“太空天梯”成為可能。
（常麗君）
左圖 科學家首次造出了超細鑽石奈米線，其核心由鑽石基本單位結構連接而成，按理論推測，其強度和硬度會超過目前最強的奈米管和聚合材料。
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