碳元素第3种固体相态合成面世
- 发布时间：2015-12-03 03:31:39 来源：科技日报 责任编辑：罗伯特
科技日报北京12月2日电 （记者常丽君）美国科学家最近合成出一种不同于石墨和金刚石的固态碳元素新相态，并称其为Q-碳。他们还开发出一种技术，能在常温常压下利用Q-碳造出多种金刚石结构。
Q-碳具有很不寻常的性质，比如它有铁磁性，而其他固态碳没有；它比金刚石还硬；在能量较低时就能燃烧。此外，它还能用于制造多种单晶金刚石材料。
相态是同一元素的不同形式，如石墨和金刚石是碳的两种固体形式。论文第一作者、北卡罗莱纳州立大学材料科学与工程教授杰伊·纳拉扬说：“现在我们造出了碳的第3种固体相态，自然界唯一存在这种碳相态的地方可能是某些行星的核心。”
据物理学家组织网近日报道，在常温常压下，研究人员用蓝宝石、玻璃或塑料聚合物等作基底，在其上面涂一层无定形碳（非晶体碳），然后用一束激光脉冲照射约200纳秒，碳的温度升高到4000K（约3727℃），随即迅速冷却，最终形成一层Q-碳膜。
他们最终制造出从20纳米到500纳米不同厚度的Q-碳膜，并通过使用不同基底、改变激光脉冲时间、控制碳冷却的速度，在Q-碳内造出金刚石结构。
“我们能造出金刚石的纳米针、微米针、纳米点和较大的金刚石膜，它们是单晶结构，比多晶结构强度更高。这些金刚石材料可用于药物递送、工业加工，制造高温交换器、功率电子设备等。要把更多的Q-碳变成金刚石，只需简单重复激光脉冲/冷却这一过程。”纳拉扬说，“我们只能造出Q-碳膜并研究它的性质，但如何使用它、怎样制造Q-碳纳米点或微针，我们仍需研究。”
该校已对Q-碳和相关钻石制造技术提出了两项临时专利申请。研究成果发表在近期出版的《应用物理学》和《应用物理快报·材料》杂志上。
右图 一堆从0.02到0.04克拉的单粒钻石，总重5.36克拉(示意图)。
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