中美研究人員研製新材料：硬度像鑽石彈性超橡膠

中美研究人員9日在美國《科學進展》雜誌上報告說，他們研製出一種輕質的超強新型碳材料，其硬度堪比鑽石，彈性超過了橡膠，同時還具有導電性。「這種碳材料兼備了石墨和金剛石的最佳特性，具有優異的綜合性能，」研究負責人之一、燕山大學亞穩材料製備技術與科學國家重點實驗室趙智勝教授說，「它具有許多潛在應用，如軍用裝甲和航空航天等領域。」

碳具有多種同素異形體，如石墨、金剛石（鑽石）、富勒烯、碳納米管、石墨烯、玻璃碳等，其中石墨在壓力下可以轉變成超硬的金剛石。

在新研究中，趙智勝和另一位通訊作者、燕山大學田永君教授等人以玻璃碳為原料，利用高壓但比較溫和的溫度條件合成了新型碳同素異形體。它由玻璃碳壓縮獲得並保留了玻璃碳的一些特徵，研究人員將其命名為「壓縮玻璃碳」。

趙智勝說，以前曾有人研究玻璃碳在室溫或高溫下的高壓轉變，但製成的碳材料在卸壓後又變回了玻璃碳；而在高壓高溫條件下，玻璃碳就直接轉變成了金剛石。最新研究則在中等溫度下對玻璃碳加高壓，這樣既能使玻璃碳發生相變形成新型碳材料，溫度又不足以使它變成金剛石。

據介紹，壓縮玻璃碳有以下特性：它是與石墨類似的輕質材料，單軸壓縮強度是通常金屬及合金材料的5倍以上，也遠大於一般陶瓷材料；比強度（即強度－重量比）極高，是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上；硬度極高，可輕鬆刻劃高硬度的碳化硅單晶片；具有很高的彈性恢復性，明顯高於普通金屬和陶瓷，甚至高於高彈性的形狀記憶合金及有機橡膠等；此外還具有導電性。

趙智勝說，他們接下來將進一步研發合成方法，最終目標是研製出超高強度、超高硬度兼具超高彈性的材料。

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