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科学家发现硬度可与钻石媲美的近乎坚不可摧的碳氮化物新材料

文章来源：新能源网更新时间：2023-12-28 15:17:29

科学家发现了一类新材料--碳氮化物，其硬度可与钻石媲美。这一发现是国际合作和数十年研究的成果，由于其耐用性以及光致发光和高能量密度等其他特性，为各种工业应用提供了可能性。这一突破由国际基金资助，并发表在《先进材料》上，标志着材料科学的重大进展。

一项研究称，科学家们解决了一个长达数十年之久的难题，揭开了一种近乎坚不可摧的物质的面纱，它可以与钻石相媲美，成为地球上最坚硬的材料。

研究人员发现，当碳和氮的前驱体受到极端高温和压力时，产生的材料--碳氮化物--比立方氮化硼（仅次于钻石的第二硬材料）更坚硬。

专家说，这一突破为多功能材料在工业领域的应用打开了大门，包括汽车和宇宙飞船的保护涂层、高端耐力切割工具、太阳能电池板和光电探测器。

自 20 世纪 80 年代以来，材料研究人员一直试图挖掘碳氮化物的潜力，当时科学家们首次注意到碳氮化物的特殊性能，包括高耐热性。

然而，经过三十多年的研究和多次尝试合成，却没有任何可信的结果。

国际合作带来成功

现在，一个由爱丁堡大学极端条件科学中心的研究人员、德国拜罗伊特大学和瑞典林雪平大学的专家组成的国际科学家团队终于取得了突破。

研究小组将各种形式的碳氮前体置于 70 至 135 千兆帕（约为大气压的一百万倍）的压力下，同时将其加热到摄氏 1500 多度。

为了确定这些化合物在这些条件下的原子排列，样品在三个粒子加速器--法国的欧洲同步加速器研究设施、德国的德意志电子同步加速器和美国的先进光子源--接受了强X射线光束的照射。

研究人员发现，有三种氮化碳化合物具有超硬度所需的构建模块。值得注意的是，当这三种化合物回到环境压力和温度条件下时，它们仍能保持钻石般的品质。进一步的计算和实验表明，这些新材料还具有其他特性，包括光致发光和高能量密度。

研究人员表示，这些超压缩碳氮化物的潜在应用领域非常广泛，有可能成为与钻石相媲美的终极工程材料。

这项发表在《先进材料》（Advanced Materials）上的研究得到了英国皇家研究院FLF计划和欧洲研究基金的资助。

爱丁堡大学物理和天文学学院凝聚态物理和复杂系统研究所未来领导者研究员 Dominique Laniel 博士说："在发现第一种新型氮化碳材料时，我们对研究人员在过去三十年里梦寐以求的材料终于问世感到难以置信。这些材料为弥合高压材料合成与工业应用之间的差距提供了强大的动力。"

林雪平大学物理、化学和生物系助理教授 Florian Trybel 博士说："这些材料不仅具有卓越的多功能性，而且表明可以从相当于地球内部数千公里的合成压力条件下回收与技术相关的物相。我们坚信，这项合作研究将为该领域开辟新的可能性。"

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