科學(xué)家合成新型納米材料硬度超鉆石
傳統(tǒng)上認(rèn)為鉆石是自然界硬度最高的物質(zhì)，也因此常常會(huì)被用在工業(yè)鉆頭上。但科學(xué)家們近日合成了一種硬度超越鉆石的新材料。
來(lái)自美國(guó)芝加哥大學(xué)，新墨西哥大學(xué)，中國(guó)燕山大學(xué)，吉林大學(xué)以及河北工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們近期成功合成一種具有超高硬度的氮化硼材料，不同于一般的氮化硼材料，這種新材料形式的硬度超過(guò)了鉆石。
根據(jù)研究人員們進(jìn)行的相關(guān)測(cè)試，這種透明物質(zhì)的硬度勝過(guò)鉆石，或者至少與之相當(dāng)。其維氏硬度測(cè)試達(dá)到108 GPa，而人造鉆石的這一分值是100 GPa，而一般市場(chǎng)上的立方氮化硼材料的硬度值只有其一半左右。
硬度發(fā)生如此提升的奧秘在于其內(nèi)部的納米結(jié)構(gòu)。田永軍和其它研究人員使用洋蔥般層狀結(jié)構(gòu)的氮化硼顆粒，然后將其在1800攝氏度高溫和15 GPa(相當(dāng)于汽車胎壓的6.8萬(wàn)倍)環(huán)境下壓縮，在這種條件下這些晶體發(fā)生再結(jié)晶并形成孿晶結(jié)構(gòu)。
在納米孿晶結(jié)構(gòu)中，相鄰的原子共用一個(gè)邊界，就像公寓樓里相鄰的房間共用一堵墻壁一樣。而為了讓晶體硬度更高，科學(xué)家們盡量讓晶體顆粒的體積變小，這就讓它的結(jié)構(gòu)被瓦解的可能性大大降低，因?yàn)闃O小的顆粒就意味著要想在其緊湊的原子之間插入其它東西變得越發(fā)困難。然而這樣的做法遇到了瓶頸：在大約10納米的尺度上，晶體結(jié)構(gòu)的內(nèi)在缺陷效應(yīng)幾乎已經(jīng)開(kāi)始抵消緊湊結(jié)構(gòu)帶來(lái)的穩(wěn)定性了，反而開(kāi)始削弱整體結(jié)構(gòu)。
然而納米孿晶的形式可以進(jìn)一步提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)于氮化硼來(lái)說(shuō)，其可以達(dá)到在4納米尺度上保持強(qiáng)度。這樣得到的晶體結(jié)構(gòu)在極高的溫度下也仍然是穩(wěn)定的。
研究人員表示：“在我們制成的納米孿晶立方氮化硼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的熱穩(wěn)定，化學(xué)穩(wěn)定性和硬度的兩者兼得。其硬度甚至可以媲美金剛石，從而使其成為適合工業(yè)應(yīng)用的理想材料。
田永軍表示，通過(guò)未來(lái)的進(jìn)一步研究，這種超硬度材料的價(jià)格將會(huì)與目前市面上出售的普通立方氮化硼材料相接近，其可能的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)C(jī)械加工，打磨和切割等，還有科學(xué)儀器的制造。
當(dāng)然現(xiàn)在的問(wèn)題在于，要想精確地測(cè)定一種材料的硬度，你需要制造一種硬度比它更高的材料，將其制成倒金字塔型，然后測(cè)試看看需要多大壓力才能將塔尖壓入待測(cè)材料。因此從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，要想精確測(cè)定此次科學(xué)家們合成的這種超硬度材料還另需時(shí)日。……更多新聞資訊、價(jià)格與市場(chǎng)
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