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Jeaweal鐵桿木蟲(chóng) (著名寫(xiě)手)
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[資源]
中國(guó)極硬材料合成再獲突破 硬度兩倍于金剛石 發(fā)表在nature
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中國(guó)材料科學(xué)家燕山大學(xué)田永君教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)馬琰銘教授和美國(guó)芝加哥大學(xué)王雁賓教授合作，繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之后再次取得突破，在高溫高壓下成功地合成出硬度兩倍于天然金剛石的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石塊材。研究成果發(fā)表在2014年6月12日的Nature雜志上。 田永君教授研究團(tuán)隊(duì)的前期理論研究表明：在納米尺度，多晶極性共價(jià)材料的硬化除了Hall-Petch效應(yīng)的貢獻(xiàn)還有量子限域效應(yīng)的附加貢獻(xiàn)，能夠?qū)е虏牧想S顯微組織特征尺寸減小而持續(xù)硬化卻不軟化。去年，他們首先利用洋蔥結(jié)構(gòu)氮化硼前驅(qū)物在高壓下成功地合成出納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼（Nature 493(2013), 385），將顯微組織的特征尺寸（平均孿晶厚度）減小到3.8nm，維氏硬度值可達(dá)108GPa，超過(guò)了人造金剛石單晶。納米孿晶立方氮化硼的成功合成開(kāi)辟了一個(gè)同時(shí)提高材料硬度、韌性和熱穩(wěn)定性的新途徑。 到目前為止，通過(guò)石墨、非晶碳、玻璃碳和C60等碳前驅(qū)體的高壓相變還不能獲得納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石。為此，田永君教授研究團(tuán)隊(duì)及其合作者開(kāi)始研究洋蔥碳在高溫高壓下的相變過(guò)程。在較低溫度下洋蔥碳在形成納米孿晶結(jié)構(gòu)立方金剛石的同時(shí)還共生出一種單斜結(jié)構(gòu)的金剛石，在文章中他們將其命名為“M-diamond”；在較高溫度下，碳洋蔥轉(zhuǎn)變成了單相的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石，孿晶的平均厚度小到5nm。這種納米孿晶金剛石具有從未有過(guò)的硬度和穩(wěn)定性：維氏硬度約為天然金剛石的兩倍，可達(dá)200GPa；空氣中的起始氧化溫度比天然金剛石高出200攝氏度以上。 澳大利亞James Boland在Nature雜志同期的新聞與觀點(diǎn)（NEWS & VIEWS）欄目撰寫(xiě)了題為“金剛石變得更硬”的文章，亮點(diǎn)報(bào)道了這項(xiàng)工作。另外，Los Angeles Times、Chemistry World、PhysOrg等國(guó)外多家科學(xué)媒體也進(jìn)行了亮點(diǎn)報(bào)道。 （鏈接地址：http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab88/info44595.htm） |
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24樓2014-06-21 11:51:02
28樓2014-06-22 20:42:07
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在文章中有對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，硬度為天然鉆石兩倍（~200GPa），斷裂韌性遠(yuǎn)超一般金剛石材料，可媲美WC-Co硬質(zhì)合金，抗氧化溫度大幅提升，比金剛石材料中最好的天然鉆石高出近200度。自去年納米孿晶立方氮化硼合成之后，已經(jīng)預(yù)料到納米孿晶金剛石硬度會(huì)有大幅提高，但斷裂韌性和熱穩(wěn)定性的同步提高著實(shí)出乎意料；目前亟待解決的問(wèn)題有二，其一是工業(yè)化的問(wèn)題，畢竟目前合成條件較為苛刻，工業(yè)化生產(chǎn)尚存在一定難度，這一問(wèn)題的解決依賴于國(guó)內(nèi)高壓合成裝備的發(fā)展和材料合成工藝的優(yōu)化；其二是后續(xù)加工成型的問(wèn)題，由于硬度過(guò)高，普通的加工方式已基本失效，或許用飛秒激光器切割是個(gè)不錯(cuò)的選擇，但價(jià)格較為昂貴。 |
33樓2014-06-25 10:28:36
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