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中美研究人员研制新材料:硬度像钻石弹性超橡胶
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中美研究人员研制新材料:硬度像钻石弹性超橡胶

【摘要】:
中美研究人员9日在美国《科学进展》杂志上报告说,他们研制出一种轻质的超强新型碳材料,其硬度堪比钻石,弹性超过了橡胶,同时还具有导电性。

  中美研究人员9日在美国《科学进展》杂志上报告说,他们研制出一种轻质的超强新型碳材料,其硬度堪比钻石,弹性超过了橡胶,同时还具有导电性。"这种碳材料兼备了石墨和金刚石的最佳特性,具有优异的综合性能,"研究负责人之一、燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室赵智胜教授说,"它具有许多潜在应用,如军用装甲和航空航天等领域。"

  碳具有多种同素异形体,如石墨、金刚石(钻石)、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、玻璃碳等,其中石墨在压力下可以转变成超硬的金刚石。

  在新研究中,赵智胜和另一位通讯作者、燕山大学田永君教授等人以玻璃碳为原料,利用高压但比较温和的温度条件合成了新型碳同素异形体。它由玻璃碳压缩获得并保留了玻璃碳的一些特征,研究人员将其命名为"压缩玻璃碳"。

  赵智胜说,以前曾有人研究玻璃碳在室温或高温下的高压转变,但制成的碳材料在卸压后又变回了玻璃碳;而在高压高温条件下,玻璃碳就直接转变成了金刚石。最新研究则在中等温度下对玻璃碳加高压,这样既能使玻璃碳发生相变形成新型碳材料,温度又不足以使它变成金刚石。

  据介绍,压缩玻璃碳有以下特性:它是与石墨类似的轻质材料,单轴压缩强度是通常金属及合金材料的5倍以上,也远大于一般陶瓷材料;比强度(即强度-重量比)极高,是碳纤维、聚晶金刚石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上;硬度极高,可轻松刻划高硬度的碳化硅单晶片;具有很高的弹性恢复性,明显高于普通金属和陶瓷,甚至高于高弹性的形状记忆合金及有机橡胶等;此外还具有导电性。

  赵智胜说,他们接下来将进一步研发合成方法,最终目标是研制出超高强度、超高硬度兼具超高弹性的材料。