碳元素第3種固體相態合成面世
- 發佈時間：2015-12-03 03:31:39 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京12月2日電 （記者常麗君）美國科學家最近合成出一種不同於石墨和金剛石的固態碳元素新相態，並稱其為Q-碳。他們還開發出一種技術，能在常溫常壓下利用Q-碳造出多種金剛石結構。
Q-碳具有很不尋常的性質，比如它有鐵磁性，而其他固態碳沒有；它比金剛石還硬；在能量較低時就能燃燒。此外，它還能用於製造多種單晶金剛石材料。
相態是同一元素的不同形式，如石墨和金剛石是碳的兩種固體形式。論文第一作者、北卡羅萊納州立大學材料科學與工程教授傑伊·納拉揚説：“現在我們造出了碳的第3種固體相態，自然界唯一存在這種碳相態的地方可能是某些行星的核心。”
據物理學家組織網近日報道，在常溫常壓下，研究人員用藍寶石、玻璃或塑膠聚合物等作基底，在其上面涂一層無定形碳（非晶體碳），然後用一束鐳射脈衝照射約200納秒，碳的溫度升高到4000K（約3727℃），隨即迅速冷卻，最終形成一層Q-碳膜。
他們最終製造出從20奈米到500奈米不同厚度的Q-碳膜，並通過使用不同基底、改變鐳射脈衝時間、控制碳冷卻的速度，在Q-碳內造出金剛石結構。
“我們能造出金剛石的奈米針、微米針、奈米點和較大的金剛石膜，它們是單晶結構，比多晶結構強度更高。這些金剛石材料可用於藥物遞送、工業加工，製造高溫交換器、功率電子設備等。要把更多的Q-碳變成金剛石，只需簡單重復鐳射脈衝/冷卻這一過程。”納拉揚説，“我們只能造出Q-碳膜並研究它的性質，但如何使用它、怎樣製造Q-碳奈米點或微針，我們仍需研究。”
該校已對Q-碳和相關鑽石製造技術提出了兩項臨時專利申請。研究成果發表在近期出版的《應用物理學》和《應用物理快報·材料》雜誌上。
右圖 一堆從0.02到0.04克拉的單粒鑽石，總重5.36克拉(示意圖)。
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