美國科學(xué)家最近合成出一種不同于石墨和金剛石的固態(tài)碳元素新相態(tài)，并稱其為Q-碳。他們還開發(fā)出一種技術(shù)，能在常溫常壓下利用Q-碳造出多種金剛石結(jié)構(gòu)。
一堆從0.02到0.04克拉的單粒鉆石，總重5.36克拉(示意圖)。
Q-碳具有很不尋常的性質(zhì)，比如它有鐵磁性，而其他固態(tài)碳沒有;它比金剛石還硬;在能量較低時就能燃燒。此外，它還能用于制造多種單晶金剛石材料。
相態(tài)是同一元素的不同形式，如石墨和金剛石是碳的兩種固體形式。論文第一作者、北卡羅萊納州立大學(xué)材料科學(xué)與工程教授杰伊·納拉揚(yáng)說：“現(xiàn)在我們造出了碳的第3種固體相態(tài)，自然界唯一存在這種碳相態(tài)的地方可能是某些行星的核心。”
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，在常溫常壓下，研究人員用藍(lán)寶石、玻璃或塑料聚合物等作基底，在其上面涂一層無定形碳(非晶體碳)，然后用一束激光脈沖照射約200納秒，碳的溫度升高到4000K(約3727℃)，隨即迅速冷卻，最終形成一層Q-碳膜。
他們最終制造出從20納米到500納米不同厚度的Q-碳膜，并通過使用不同基底、改變激光脈沖時間、控制碳冷卻的速度，在Q-碳內(nèi)造出金剛石結(jié)構(gòu)。
“我們能造出金剛石的納米針、微米針、納米點和較大的金剛石膜，它們是單晶結(jié)構(gòu)，比多晶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高。這些金剛石材料可用于藥物遞送、工業(yè)加工，制造高溫交換器、功率電子設(shè)備等。要把更多的Q-碳變成金剛石，只需簡單重復(fù)激光脈沖/冷卻這一過程。”納拉揚(yáng)說，“我們只能造出Q-碳膜并研究它的性質(zhì)，但如何使用它、怎樣制造Q-碳納米點或微針，我們?nèi)孕柩芯俊?rdquo;
該校已對Q-碳和相關(guān)鉆石制造技術(shù)提出了兩項臨時專利申請。研究成果發(fā)表在近期出版的《應(yīng)用物理學(xué)》和《應(yīng)用物理快報·材料》雜志上。
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