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最硬的人工合成材料:氮化碳薄膜

觀看 22人 | 編輯:hph | 發(fā)布時間:2021-03-31

金剛石,也就是我們常說的鉆石,它是一種由碳元素組成的礦物,由于特殊的碳元素結(jié)構(gòu)使得金剛石成為自然界中最硬的物質(zhì)。人造材料又稱合成材料,是人為地把不同物質(zhì)經(jīng)化學(xué)方法或聚合作用加工而成的材料,其特質(zhì)與原料不同,如塑料、鋼鐵等。那你知道最硬的人工合成材料是什么?下面巴拉排行榜網(wǎng)就給各位介紹下一種世界上最硬的新材料——氮化碳薄膜,這是一種硬度可以和金剛石相媲美而在自然界中尚未發(fā)現(xiàn)的新的共價化合物,讓我們一起來了解一下吧

最硬的人工合成材料

1993年7月,美國哈佛大學(xué)傳出轟動性的科技新聞:利用激光濺射技術(shù)研制成功了氮化碳薄膜。分析表明,這種具有β-C3N4結(jié)構(gòu)的新材料的晶體硬度超過了目前世界上最硬的金剛石晶體,成為首屈一指的超硬新材料,引起了全世界科學(xué)界和工程技術(shù)界的強烈反響和巨大震動。

制備氮化碳的實驗是在1989年首先從理論上預(yù)言4年之后獲得成功的??茖W(xué)家在分析一系列超硬材料結(jié)構(gòu),如最硬的材料金剛石,體積彈性模量B高達435吉帕,立方氮化硼B(yǎng)=369吉帕,以及硬度相對較低的碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)和氮化硅(Si3N4)等超硬材料后,發(fā)現(xiàn)其中β-Si3N4已經(jīng)有大量的研究結(jié)果,于是提出以碳取代硅會產(chǎn)生怎樣的結(jié)果呢?計算表明,得到的數(shù)據(jù)令人振奮,描述β-C3N4晶體的彈性模量B=483吉帕!而材料的體積彈性模量B的大小正是表明材料硬度高低的宏觀物理量。這就從理論上首次預(yù)言了氮化碳的硬度可能比以往世界上最硬的金剛石還要高。

在自然界,至今還沒有發(fā)現(xiàn)天然存在的氮化碳晶體,而1993年竟然在實驗室人工合成了硬度超過金剛石的這種新材料。這一轟動性的事件一經(jīng)在美國的《科學(xué)》和《紐約時報》上報道,成為轟動性科技新聞后,立即引起全世界材料界的關(guān)注。于是世界上許多實驗室開展了這項研究,一時間形成熱潮。在研究機構(gòu)、國防部門和公司企業(yè)的共同協(xié)作下,一些實驗室很快取得很好的成果。這有力地說明,學(xué)者與企業(yè)家攜手合作在高新技術(shù)發(fā)展過程中的重要性。

 

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