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日本设计出一种比钻石更坚硬的新型碳基材料

日本筑波大年夜学(University of Tsukuba)的钻研职员经由过程电脑谋略,设计出一种比钻石更坚硬的新型碳基材料。发现者把它叫做“五角钻”(pentadiamond)。

好久以来,人们都觉得钻石是最坚硬的材料。碳原子构成多种同素异形体,包括石墨、碳纳米管等。各类材料的机器属性,包括硬度,主要取决于内部原子之间的绑定要领。

通俗钻石内,每个碳原子与相邻的四个原子组成共价键。化学家把这种布局叫做sp3混成。碳纳米管与其它一些碳基材料,每个碳原子组成三个绑定,称为sp2混成。

筑波大年夜学的钻研职员探索了这两种混成布局兼有的繁杂布局。“因为收集内的大年夜量组合和排列要领,既有sp2混成原子又有sp3混成原子的碳材料形态更广泛。”这份钻研的第一作者藤井靖(Yasumaru Fujii)说。

钻研职员应用密度泛函理论(DFT)算出最稳定的原子布局,并预计它的硬度。

化学和固态物理学广泛应用密度泛函理论猜测材料的布局和特点。可是要追踪样品中所有电子的量子态,分外是它们之间的互相感化,平日很艰苦。密度泛函理论应用近似模拟,聚焦于绕行原子的电子在轨道空间上的终极密度。这简化了谋略,使其既够正确,又是电脑可以完成的义务。

钻研职员算出“五角钻”的硬度达到1700 GPa,通俗钻石只有1200 GPa。

相助钻研者丸山美奈(Mina Maruyama)说:“五角钻比通俗钻石更坚硬,可是密度却低很多,和石墨差不多。”

钻研职员表示,这项发现展示了使用电脑从零开始设计材料的实力。

除了在工业切割上的利用,钻研职员称,这种材料也可用于钻石对顶砧。这种设备使用两个钻石平面互相挤压,孕育发生极高的压力,模拟极度前提从事钻研。

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