多少年来,教科书告诉我们,世界上最硬的物质是金刚石,也就是钻石。
2016年在奥地利实验室中合成的物质——碳炔。这种物质和石墨烯一样都是由碳原子构成的,而它的强度比此前最硬的物质石墨烯的强度还要大2.3倍,是砖石硬度的50倍,碳炔的模样和DNA双螺旋结构很像,由碳原子组成的两条长单链扭曲在一起,像一跟麻绳。
目前合出的碳炔仅有6000多个碳原子构成,由于它的性质不稳定,所以难以大量合成。除了硬度强度大以外,碳炔还有非常独特的性质,如果将碳炔的长度拉升百分之三,它可以从导体变成绝缘体,由于其独特的电力学属性,此种物质可以用来制造纳米设备。
人类科技的发展日新月异,钻石硬度的记录早在2005年就已经被聚合钻石纳米棒(又称超钻石)打破,目前来说,聚合钻石纳米棒虽然不是自然形成,但是已经取代天然钻石,成为我们已知的最硬的物质。
聚合钻石纳米棒,此种物质是德国科学家通过将石墨和富勒烯置于180倍大气压的压力和2000摄氏度的高温条件下压缩得到的。在相同的温度下,聚合钻石纳米棒的积弹性模量接近500GPa,超过金刚石成为自然界最硬的物质之一,子弹也不能伤它们分毫。因为聚合钻石纳米棒具有超高硬度和超高熔点,在工业上已经开始取代金刚石来切割打磨坚硬物质。
聚合钻石纳米棒是于2003年由石墨的压缩制得的,也就是那次发现它比一般的钻石要硬得多,这使得它成为已知最硬的材料。后来,富勒烯的压缩也制得了这种物质,并证实这是已知最硬和最难压缩的材料,等温体积弹性模量为491GPa,而一般钻石的模量为442–446 GPa;
这些数据是从X射线衍射数据中得出的,并说明聚合钻石纳米棒的密度比普通钻石高0.3%。[2]同一个研究小组后来说:“聚合钻石纳米棒的硬度和杨氏模量与天然钻石相当,但具有更优的耐磨性。
”纯钻石的<111>晶面(垂直于立方体对角线的平面)用纳米钻石刻划测试时的硬度为167±6 GPa,而纳米钻石样品本身用纳米钻石刻划测试时硬度达到了310GPa。然而,这种测试只在刻划工具比测试样品更硬时才能得出正确结果。也就是说,纳米钻石的真实硬度可能略小于310 GPa。
我们的科技发展很快,对自然的了解也很局限,完全有可能被新的事物刷新认知,可能现在最硬,最重的物质,在不久的将来都会被新的东西取代。
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