硬度媲美鉆石的碳氮化物面世，有望應(yīng)用于太陽能電池板和宇宙飛船
發(fā)布時間：2023年12月25日
來源：科技日報
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在一項最新研究中，英國、德國和瑞典科學(xué)家組成的國際科研團隊成功創(chuàng)造出3種硬度可與地球上最堅硬材料鉆石媲美的碳氮化物。最新突破有望催生新型多功能材料，用作汽車和宇宙飛船的保護涂層、高耐久性切割工具、太陽能電池板和光電探測器等。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《先進材料》雜志。
碳和氮的前體在極端高溫和極端高壓下產(chǎn)生的碳氮化物，比立方氮化硼更硬。立方氮化硼是僅次于鉆石（金剛石）的第二硬材料。自20世紀80年代以來，材料科學(xué)家一直試圖釋放碳氮化物的潛力，但歷經(jīng)30多年研究和實踐，結(jié)果都不盡如人意。
研究團隊將3種形式的碳氮前體置于70至135吉帕（約為大氣壓的100萬倍）的壓力下，同時將其加熱至1500℃以上。為確定此類條件下這些化合物原子的排列情況，研究團隊利用法國的歐洲同步加速器、德國的電子同步加速器和美國的先進光子源，發(fā)射強X射線束照射樣品。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種碳氮化物都具有超硬度所必需的組成部分。而且，當實驗條件回到常溫常壓下時，這3種化合物的類金剛石特質(zhì)得以保留。
進一步的計算和實驗表明，這3種超硬的碳氮化物新材料具有額外的特性，包括光致發(fā)光以及高能量密度，應(yīng)用潛力巨大，有可能將其定位為與鉆石競爭的終極工程材料。