Nature：毫米级近全sp3非晶碳块体材料首次合成

稀、饭 2年前 (2021-11-25) 2518浏览

【引言】

非晶态材料也叫无定形或玻璃态材料，这是一大类刚性固体，表现出许多优良的力学性能，而且往往易于成型，便于应用。这类材料包括天然非晶态固体、人造眼镜(氧化物和金属玻璃)、塑料、非晶态半导体等，在许多领域都有生产和使用。由于其在技术上的重要应用，具有sp²杂化或混合sp²-sp³杂化的无定形碳已被探索和制备，具有与石墨相似的柔软、导电等特性。然而，合成与金刚石结构、性质相对应的，由全sp³键形成的非晶碳块体材料仍然是一个挑战，与硅和锗的情况相反，它们很容易形成非晶结构，是碳材料领域长期未能突破的科学难题。

今日，吉林大学刘冰冰、姚明光课题组，采用自主研发的大腔体压机超高压技术，利用C₆₀碳笼压致塌缩形成的“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，更高温压区间首次成功合成了毫米级近全sp³非晶碳块体材料，并且体积是早期研究中生产的10³-10⁴倍。该材料具有高质量、毫米级、透明的优异性能，sp³碳含量最高可达97.1%。并且本工作合成的近全sp³非晶碳具有优异的力、热、光学性能，光学带隙为2.7 eV，维氏硬度达到102 GPa，杨氏模量高达1182 GPa，可与金刚石相提并论，热导率高达26 W/mK，是目前非晶态材料中发现的硬度、热导率、模量最高的材料。上述发现有助于了解通过高压和高温技术合成块体非晶材料，并为非晶固体的应用提供新的思路。相关论文以题为“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”发表在Nature上。