中國科研團隊在碳材料領(lǐng)域獲重大突破：合成出極硬非晶碳

吉林大學2021年11月25日發(fā)布消息介紹，吉林大學超硬材料國家重點實驗室劉冰冰教授研究團隊采用自主發(fā)展的大腔體壓機超高壓關(guān)鍵技術(shù)，首次成功實現(xiàn)了毫米級近全sp3非晶碳塊體材料的合成。

目前，這一新成果發(fā)表在了國際頂級學術(shù)期刊Nature上，題為“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed

fullerene”。Nature審稿人高度評價為“非晶材料領(lǐng)域的重大進展”“為超硬材料家族添加了獨特的一員”。

尋找新型碳材料一直是材料領(lǐng)域的前沿科學問題，從材料形態(tài)和原子排列的有序度分類，碳材料可分為長程有序的晶態(tài)碳以及無序的非晶碳，石墨和金剛石就是典型的碳晶體。

近年來，非晶材料以優(yōu)異的物理、化學特性和廣泛的技術(shù)應用得到迅速發(fā)展。然而，合成與金剛石結(jié)構(gòu)、性質(zhì)相對應的，由全sp3鍵形成的非晶碳塊體材料卻一直未能實現(xiàn)，是碳材料領(lǐng)域長期未能突破的科學難題。

為了實現(xiàn)全sp3非晶碳塊體材料的合成，劉冰冰課題組基于對富勒烯C60高壓研究的長期積累，提出了采用大腔體超高壓技術(shù)，利用C60碳籠壓致塌縮形成“非晶碳團簇”這一新的構(gòu)筑基元，在更高溫壓區(qū)間反應合成全sp3碳塊體非晶材料的研究思路。

目前，商用大腔體壓機的壓力極限只有25萬大氣壓，難以滿足對新材料高壓研究的要求。課題組介紹，想要產(chǎn)生1萬大氣壓的壓強，相當于讓兩頭成年大象擠在一起站在一只高跟鞋上。要想繼續(xù)增大壓強，鞋跟就要更細。超高壓技術(shù)的難點也在于此。

課題組近年來潛心攻關(guān)，最終利用中國國產(chǎn)硬質(zhì)合金壓砧，在高溫條件下實現(xiàn)了高達37萬大氣壓的超高壓力，并借此技術(shù)成功獲得了毫米級近全sp3非晶碳塊體材料。

值得一提的是，富勒烯C60發(fā)現(xiàn)至今只有30多年歷史，劉冰冰教授研究團隊自1996年起一直從事富勒烯及相關(guān)碳材料的高壓研究。此次的新成果正是課題組在富勒烯高壓研究領(lǐng)域長期積累基礎上的再次突破。

（來源：中國網(wǎng)）