新形式碳材料问世，如橡胶般柔软但比钻石更硬
2017-06-27 12:54:34
科学家们已经找到了一种通过在高压下加热使碳变得更坚硬和更有弹性的方法。由中国和美国研究人员联合开发的这种“压缩玻璃碳”质量轻，可大量生产（研究论文发表在《科学进展》期刊上，“压缩玻璃碳：超高弹性互穿石墨烯网络”）。这意味着它可能适用于从防弹背心到新型电子设备的各种应用。碳是一种特殊的元素，因为它的原子可以形成不同类型的键，因此形成不同的结构。例如，完全由sp3键连接的碳原子产生金刚石；完全由sp2键连接的碳原子产生石墨，其也可以分离成称为石墨烯的单层原子。另一种形式的碳，也称为玻璃碳，也由sp2制成，具有石墨和陶瓷的性质。
但是新的压缩玻璃碳同时具有sp3键和sp2键，这使它具有不寻常的特性。要制造原子弹，你需要一些额外的能量。当研究人员在高温下将几片石墨烯挤压在一起时，发现某些碳原子正好位于两层之间形成sp3键的位置。
通过详细研究这些新材料，他们发现其中只有五分之一以上是sp3键。这意味着大多数原子仍然排列成石墨烯结构，但是新的键使其看起来更像是一个大的互连网络，并赋予其更大的强度。在单个石墨烯片的小尺度上，原子以有序的六边形图案排列。但是，在更大规模的情况下，纸张以无序的方式排列。这可能是硬度和灵活性的综合性质。研究人员使用相对简单的方法，可以轻松、便宜地大规模复制压缩玻璃碳。简单来说，他们使用了一种机器对碳施加高负荷压力。但这必须涉及几个技巧，以正确的方式控制压力和温度。这是一个耗时的过程，但其他人仍然可以复制实现该结果。
新的惊喜碳材料对我们来说是令人惊讶的 - 研究的重点是在天然存在金刚石和石墨之间找到或制备新材料。这种新形式是最新的，似乎是一种无限的方法，可以键合碳原子，从发现石墨烯，圆柱形碳纳米管和球形C60分子。该材料 - 坚固、坚硬、轻便和灵活 - 将有很高的需求量，可用于各种应用。例如，军事用途可能涉及飞机和直升机的盾牌。在电子学方面，这种轻质、制造廉价、具有与硅相似性能的材料，也可以具有新的功能，可以提供一个克服现有微芯片限制的路径。人们的梦想是找到一种可以替代硅的碳材料。需要材料能够允许电子快速移动，并且其电子可以容易地被置于激发态以实现晶体管的导通和截止功能。玻璃碳的研究人员并没有在新材料中研究这些性质，所以我们还不了解它的适用性。但是，另一种碳材料被发现可能不会那么长。到目前为止，几十年的搜寻没有出现我们所需要的，但也许我们只需要深入研究。
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