中國科研團(tuán)隊(duì)在碳材料領(lǐng)域獲重大突破：合成出極硬非晶碳

吉林大學(xué)2021年11月25日發(fā)布消息介紹，吉林大學(xué)超硬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉冰冰教授研究團(tuán)隊(duì)采用自主發(fā)展的大腔體壓機(jī)超高壓關(guān)鍵技術(shù)，首次成功實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)近全sp3非晶碳?jí)K體材料的合成。

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

fullerene”。Nature審稿人高度評(píng)價(jià)為“非晶材料領(lǐng)域的重大進(jìn)展”“為超硬材料家族添加了獨(dú)特的一員”。

尋找新型碳材料一直是材料領(lǐng)域的前沿科學(xué)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(zhǎng)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(xué)特性和廣泛的技術(shù)應(yīng)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(duì)應(yīng)的，由全sp3鍵形成的非晶碳?jí)K體材料卻一直未能實(shí)現(xiàn)，是碳材料領(lǐng)域長(zhǎng)期未能突破的科學(xué)難題。

為了實(shí)現(xiàn)全sp3非晶碳?jí)K體材料的合成，劉冰冰課題組基于對(duì)富勒烯C60高壓研究的長(zhǎng)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(tuán)簇”這一新的構(gòu)筑基元，在更高溫壓區(qū)間反應(yīng)合成全sp3碳?jí)K體非晶材料的研究思路。

目前，商用大腔體壓機(jī)的壓力極限只有25萬大氣壓，難以滿足對(duì)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(qiáng)，相當(dāng)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(qiáng)，鞋跟就要更細(xì)。超高壓技術(shù)的難點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了高達(dá)37萬大氣壓的超高壓力，并借此技術(shù)成功獲得了毫米級(jí)近全sp3非晶碳?jí)K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(tuán)隊(duì)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(zhǎng)期積累基礎(chǔ)上的再次突破。

（來源：中國網(wǎng)）