编辑:[db:作者] 时间:2024-08-25 09:10:47
作者:天涯爱科学
长期以来,人们一贯认为金刚石(钻石)是地球上最硬的物质,没有之一。
切玻璃用金刚石,那金刚石又用什么来切呢?以前都是利用金刚石的硬度差异,用金刚石切金刚石,但现在,中国科学家新制造出来一种玻璃材料,往后可能要一劳永逸担此重任了;而金刚石在“最硬物质”排行榜上坐了那么久的头号位置,恐怕也要让贤了。
昨天,燕山大学田永君教授团队揭橥论文称,该团队研发出了一种新型玻璃材料——AM-III,其硬度比钻石还要高,到目前为止,可以说是地球上最坚硬的物质。这份论文揭橥在8月11日的《国家科研评论》杂志上。
研究职员说,AM-III 的维氏硬度有 113 GPa,而金刚石的维氏硬度约为 70 至 100 GPa,整整多了几十个GPa,这使得AM-III成为了地球上最坚硬的物质,实验中可以看到,AM-III可以轻松地在钻石的表面留下一道深深的划痕。据测算它比钢硬十倍,频年夜多数防弹玻璃还要坚固 20 到 100 倍。
据宣布称,在1300摄氏度的高温下,将富勒烯C60(Fullerene)(一种完备由碳组成的中空分子,形状呈球型、椭球型、柱型或管状)用高压压缩,就可以得到了一种呈淡黄色透明的材料——AM-III。
一块 1 毫米宽的 AM-III在天然钻石表面留下划痕
从物理构造来看,AM-III和钻石一样,都是由碳原子构成,不同的是,钻石的原子和分子排列是完美的晶格构造,属于晶体物质。而 AM-III 的原子和分子排列不整洁,构造更加混乱,是非晶体。晶体具有一定的熔点,非晶体没有固定的熔点,随着温度升高,非晶体会先变软,然后逐渐由稠变稀,末了成为流体。因此AM-III被称为新型的玻璃材料,而不能被称为新型的钻石材料。
从制造方法来看,AM-III和人工钻石一样,都是用高温高压的方法制造出来。但物理性子又有所不同,钻石不能导电,但AM-III却是一种高效的半导体材料,具有导电、耐高温的特性,如果想制造在极度环境中利用高强度、耐磨运作的光电设备,毫无疑问,AM-III是非常空想的材料。
这种材料未来到底有什么利用代价呢?我们可以从金刚石的用场来看,可以创造一些方向。
1、精密切削加工。由于硬度极高,理论上加工出来的刀刃可以达到原子尺寸级别的平直度和锋利度,这在超精密加工上大有用途。比如原子核反应堆及精密光学仪器的反射镜、打算机硬盘、导弹或太空翱翔器的导航陀螺和加速器电子枪等超精密镜面零件。
加工光学元件、医用刀片以及微型机床零件上的三维曲线槽,还可以用于微距镜组的精加工等。
用这种物质制作的切刀,能制作厚度只有几十纳米的生物组织超薄切片,以便利用透射电子显微镜进行不雅观察;
医学上,这种物质制作的高端手术刀可以进行眼睛和大脑等精密手术。
2、光学材料。目前这种材料的光学性子还不足清楚,如果跟金刚石差不多乃至更优胜的话,那将来一定是制作光学设备不可短缺的高端材料。目前,除部分近红外,金刚石具有从 X 射线到微波全体波段的高透过率,兼备高硬度、高热导率、高化学稳定性和低膨系数,是一种精良的光学材料。比如说,如果用来制作激光器窗口,那么,它的光高透过率,耐高温和耐热震,这将使得激光器的输出功率得到大幅度的提高。
从目前来看,这种新型物质未来的运用还有待科学家探索。那么问题来了,制造这种物质难吗?从目前人造金刚石的生产来看,笔者认为可能不会很难,要知道光是在中国,人造金刚石的产量每年就达到5000吨,下图是生产人造金刚石的设备车间。光是一个车间,用光降盆金刚石的设备就有上百套之多。
比钻石还硬,却称为玻璃,彷佛有点暴殄天物,不如取个更好听高大上的名字,比如玻钻什么的,往后量产了,除了可大量利用于工业外,戴在手上脖子上也更有面子。玻钻历久远,一颗永流传,你会为自己心爱的她送上AM-III吗?未来主义的爱情,便是这么拽!
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