科學(xué)家們已經(jīng)找到了一種通過在高壓下加熱使碳變得更堅硬和更有彈性的方法。由中國和美國研究人員聯(lián)合開發(fā)的這種“壓縮玻璃碳”質(zhì)量輕,可大量生產(chǎn)(研究論文發(fā)表在《科學(xué)進展》期刊上,“壓縮玻璃碳:超高彈性互穿石墨烯網(wǎng)絡(luò)”)。這意味著它可能適用于從防彈背心到新型電子設(shè)備的各種應(yīng)用。碳是一種特殊的元素,因為它的原子可以形成不同類型的鍵,因此形成不同的結(jié)構(gòu)。例如,完全由sp3鍵連接的碳原子產(chǎn)生金剛石;完全由sp2鍵連接的碳原子產(chǎn)生石墨,其也可以分離成稱為石墨烯的單層原子。另一種形式的碳,也稱為玻璃碳,也由sp2制成,具有石墨和陶瓷的性質(zhì)。
但是新的壓縮玻璃碳同時具有sp3鍵和sp2鍵,這使它具有不尋常的特性。要制造原子彈,你需要一些額外的能量。當研究人員在高溫下將幾片石墨烯擠壓在一起時,發(fā)現(xiàn)某些碳原子正好位于兩層之間形成sp3鍵的位置。
通過詳細研究這些新材料,他們發(fā)現(xiàn)其中只有五分之一以上是sp3鍵。這意味著大多數(shù)原子仍然排列成石墨烯結(jié)構(gòu),但是新的鍵使其看起來更像是一個大的互連網(wǎng)絡(luò),并賦予其更大的強度。在單個石墨烯片的小尺度上,原子以有序的六邊形圖案排列。但是,在更大規(guī)模的情況下,紙張以無序的方式排列。這可能是硬度和靈活性的綜合性質(zhì)。研究人員使用相對簡單的方法,可以輕松、便宜地大規(guī)模復(fù)制壓縮玻璃碳。簡單來說,他們使用了一種機器對碳施加高負荷壓力。但這必須涉及幾個技巧,以正確的方式控制壓力和溫度。這是一個耗時的過程,但其他人仍然可以復(fù)制實現(xiàn)該結(jié)果。
新的驚喜碳材料對我們來說是令人驚訝的 - 研究的重點是在天然存在金剛石和石墨之間找到或制備新材料。這種新形式是最新的,似乎是一種無限的方法,可以鍵合碳原子,從發(fā)現(xiàn)石墨烯,圓柱形碳納米管和球形C60分子。該材料 - 堅固、堅硬、輕便和靈活 - 將有很高的需求量,可用于各種應(yīng)用。例如,軍事用途可能涉及飛機和直升機的盾牌。在電子學(xué)方面,這種輕質(zhì)、制造廉價、具有與硅相似性能的材料,也可以具有新的功能,可以提供一個克服現(xiàn)有微芯片限制的路徑。人們的夢想是找到一種可以替代硅的碳材料。需要材料能夠允許電子快速移動,并且其電子可以容易地被置于激發(fā)態(tài)以實現(xiàn)晶體管的導(dǎo)通和截止功能。玻璃碳的研究人員并沒有在新材料中研究這些性質(zhì),所以我們還不了解它的適用性。但是,另一種碳材料被發(fā)現(xiàn)可能不會那么長。到目前為止,幾十年的搜尋沒有出現(xiàn)我們所需要的,但也許我們只需要深入研究。
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