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新型碳基納米材料:類金剛石輕松合成金剛石

關鍵詞 碳基 , 金剛石|2020-03-12 09:46:26|來源 中國超硬材料網
摘要 近日,來自美國地質科學材料與能源學科研究團隊的SulgiyePark和北京先進研究與先進輻射源團隊的工作人員在《ScienceAdvances》上發表文章,聲稱已經利用“類鉆石”作...

       近日,來自美國地質科學材料與能源學科研究團隊的SulgiyePark和北京先進研究與先進輻射源團隊的工作人員在《ScienceAdvances》上發表文章,聲稱已經利用“類鉆石”作為前體研發出了一種激光誘導的高溫高壓金剛石,這是一種性能卓越的碳基納米材料。該研究在20GPa壓力下實現了2000K和900K超低溫金剛石的生成。和常規碳氫同素異形體的金剛石合成工藝相比,這種新技術極大降低了金剛石合成的難度。SulgiyePark認為,這一新突破要歸功于類鉆石和一般鉆石在結構上的相似和充分的SP3雜交。

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圖一

類金剛石合成金剛石的識別與表征。(A)頂圖:激光加熱DAC簡圖和示例。底圖:激光加熱后的樣品的透射光光學圖(一個DAC內部)。(B)在5、15和20GPa條件下,淬火至環境壓力的金剛烷(C14H20)的代表性拉曼光譜隨合成溫度的升高而變化。每個拉曼光譜是從具有特定P-T值的單個激光點收集所得。(C)20 GPa 和 ~2000K條件下,triamantane合成的金剛石SEM圖。形態良好的金剛石晶粒嵌入較小的結晶金剛石粒中。(D)和激光加熱束方向平行的triamantane所合成的金剛石的TEM圖;比例尺:1μm。(E)HRTEM圖像顯示了對應2.06±0.03?的鉆石(111)平面的d間距。(F)對應的被選區電子衍射圖;比例尺21/nm。(G)一個金剛石晶粒的EELS表示由triamantan合成的金剛石的充分SP3雜化。(參見圖s3中的石墨片SEM和EELS以及圖s4中納米金顆粒的SEM圖和XRD,以及金剛石的X射線能量色散譜。圖片編輯:Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.aay9405
        研究人員發現,在20GPa壓力下,金剛石在19微秒內快速完成轉化。分子動態模擬發現剩余金剛石碳架在高溫高壓(P-T)下可以自行重組為類金剛石結構。此外,研究還成功繪制出了金剛石間轉化的P-T條件和起始計時,清楚地解釋了加快金剛石合成的化學和物理因素。
        金剛石具備諸多優越的性能,是最具技術性和商業性的重要材料之一。自19世紀開始,科學家們就開始嘗試金剛石的合成,并研發出了工程能效性方法和前體來合成高質量的金剛石。由于碳前驅體向金剛石的直接轉化存在高能壘,通?;嶁枰恢址從ξ?。為理解金剛石合成工藝的內在機制,關鍵是要設計出一種能降低能壘和時間障的新型前體系統。
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