來自美國芝加哥大學,新墨西哥大學,中國燕山大學,吉林大學以及河北工業(ye) 大學的科學家們(men) 近期成功合成一種具有超高硬度的氮化硼材料,不同於(yu) 一般的氮化硼材料,這種新材料形式的硬度超過了鑽石。
根據研究人員們(men) 進行的相關(guan) 測試,這種透明物質的硬度勝過鑽石,或者至少與(yu) 之相當。其維氏硬度測試達到108 GPa,而人造鑽石的這一分值是100 GPa,而一般市場上的立方氮化硼材料的硬度值隻有其一半左右。
硬度發生如此提升的奧秘在於(yu) 其內(nei) 部的納米結構。田永軍(jun) (Yongjun Tian,音譯)和其它研究人員使用洋蔥般層狀結構的氮化硼顆粒,然後將其在1800攝氏度高溫和15 GPa(相當於(yu) 汽車胎壓的6.8萬(wan) 倍)環境下壓縮,在這種條件下這些晶體(ti) 發生再結晶並形成孿晶結構。
在納米孿晶結構中,相鄰的原子共用一個(ge) 邊界,就像公寓樓裏相鄰的房間共用一堵牆壁一樣。而為(wei) 了讓晶體(ti) 硬度更高,科學家們(men) 盡量讓晶體(ti) 顆粒的體(ti) 積變小,這就讓它的結構被瓦解的可能性大大降低,因為(wei) 極小的顆粒就意味著要想在其緊湊的原子之間插入其它東(dong) 西變得越發困難。然而這樣的做法遇到了瓶頸:在大約10納米的尺度上,晶體(ti) 結構的內(nei) 在缺陷效應幾乎已經開始抵消緊湊結構帶來的穩定性了,反而開始削弱整體(ti) 結構。
然而納米孿晶的形式可以進一步提升結構強度,對於(yu) 氮化硼來說,其可以達到在4納米尺度上保持強度。這樣得到的晶體(ti) 結構在*的溫度下也仍然是穩定的。
研究人員表示:“在我們(men) 製成的納米孿晶立方氮化硼結構實現了優(you) 異的熱穩定,化學穩定性和硬度的兩(liang) 者兼得。其硬度甚至可以媲美金剛石,從(cong) 而使其成為(wei) 適合工業(ye) 應用的理想材料。”
田永軍(jun) 表示,通過未來的進一步研究,這種超硬度材料的價(jia) 格將會(hui) 與(yu) 目前市麵上出售的普通立方氮化硼材料相接近,其可能的應用領域將包括機械加工,打磨和切割等,還有科學儀(yi) 器的。
當然現在的問題在於(yu) ,要想地測定一種材料的硬度,你需要一種硬度比它更高的材料,將其製成倒金字塔型,然後測試看看需要多大壓力才能將塔尖壓入待測材料。因此從(cong) 這個(ge) 角度上來說,要想測定此次科學家們(men) 合成的這種超硬度材料還另需時日。