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吉大科研团队在碳材料领域获重大突破:合成出极硬非晶碳

2021-11-26 中国新闻网

吉林大学超硬材料国家重点实验室刘冰冰教授研究团队采用自主发展的大腔体压机超高压关键技术,首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。

  吉林大学25日发布消息介绍,吉林大学超硬材料国家重点实验室刘冰冰教授研究团队采用自主发展的大腔体压机超高压关键技术,首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。

  目前,这一新成果发表在了国际顶级学术期刊Nature上,题为“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”。Nature审稿人高度评价为“非晶材料领域的重大进展”“为超硬材料家族添加了独特的一员”。

  寻找新型碳材料一直是材料领域的前沿科学问题,从材料形态和原子排列的有序度分类,碳材料可分为长程有序的晶态碳以及无序的非晶碳,石墨和金刚石就是典型的碳晶体。

  近年来,非晶材料以优异的物理、化学特性和广泛的技术应用得到迅速发展。然而,合成与金刚石结构、性质相对应的,由全sp3键形成的非晶碳块体材料却一直未能实现,是碳材料领域长期未能突破的科学难题。

  为了实现全sp3非晶碳块体材料的合成,刘冰冰课题组基于对富勒烯C60高压研究的长期积累,提出了采用大腔体超高压技术,利用C60碳笼压致塌缩形成“非晶碳团簇”这一新的构筑基元,在更高温压区间反应合成全sp3碳块体非晶材料的研究思路。

  目前,商用大腔体压机的压力极限只有25万大气压,难以满足对新材料高压研究的要求。课题组介绍,想要产生一万大气压的压强,相当于让两头成年大象挤在一起站在一只高跟鞋上。要想继续增大压强,鞋跟就要更细。超高压技术的难点也在于此。

  课题组近年来潜心攻关,最终利用中国国产硬质合金压砧,在高温条件下实现了高达37万大气压的超高压力,并借此技术成功获得了毫米级近全sp3非晶碳块体材料。

  值得一提的是,富勒烯C60发现至今只有30多年历史,刘冰冰教授研究团队自1996年起一直从事富勒烯及相关碳材料的高压研究。此次的新成果正是课题组在富勒烯高压研究领域长期积累基础上的再次突破。

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