科学家合成新型纳米材料硬度超钻石

这是一种直径为2 mm的双立方氮化硼材料

北京时间2月1日，根据英国杂志《新科学家》网站上的报道，钻石传统上被认为是自然界中最坚硬的物质，因此经常被用于工业钻探。然而，科学家最近合成了一种硬度超过钻石的新材料。

芝加哥大学、新墨西哥大学、中国燕山大学、吉林大学和河北工业大学的科学家最近成功合成了一种不同于普通氮化硼材料的超高硬度氮化硼材料。这种新材料的硬度超过了钻石。

根据研究人员进行的相关测试，这种透明物质比钻石更硬，或者至少相当于钻石。维氏硬度测试达到108 GPa，而人造金刚石的硬度值为100 GPa，而一般市场上立方氮化硼材料的硬度值仅为其一半左右。

硬度增加的秘密在于其内部的纳米结构。田永军和其他研究人员使用具有洋葱状层状结构的氮化硼颗粒，然后在1800摄氏度和15 GPa(相当于汽车轮胎压力的68，000倍)的压力下将其压缩，在此条件下晶体再结晶并形成孪晶结构。

在纳米孪晶结构中，相邻的原子共享一个边界，就像公寓楼中相邻的房间共享一面墙一样。为了使晶体变得更硬，科学家们试图减小晶体颗粒的尺寸，这大大降低了其结构被分解的可能性，因为极小的颗粒意味着在它的致密原子之间插入其他东西变得越来越困难。然而，这种方法遇到了一个瓶颈:在大约10纳米的尺度上，晶体结构的固有缺陷效应几乎已经开始抵消紧凑结构带来的稳定性，并且相反已经开始削弱整体结构。

然而，纳米孪晶的形式可以进一步提高结构强度，而对于氮化硼，它可以保持4纳米的强度。如此获得的晶体结构在极高的温度下仍然稳定。

研究人员说:“我们制造的纳米孪晶立方氮化硼结构具有优异的热稳定性、化学稳定性和硬度。它的硬度甚至可与钻石媲美，是工业应用的理想材料。”

田永军表示，通过今后的进一步研究，这种超硬材料的价格将接近目前市场上普通立方氮化硼材料的价格，其可能的应用领域将包括机械加工、抛光和切割以及科学仪器的制造。

当然，现在的问题是，为了准确测量材料的硬度，你需要制造一种硬度比它高的材料，把它做成一个倒金字塔形，然后测试一下将塔尖压入待测材料需要多大的压力。因此，从这个角度来看，精确测量科学家合成的超硬材料还需要一段时间。阅读更多关于外国媒体的报道