科學家合成新型納米材料硬度超鉆石

這是一個直徑2毫米的納米孿晶立方氮化硼材料

　　北京時間2月1日消息，據英國《新科學家》雜志網站報道，傳統上認為鉆石是自然界硬度最高的物質，也因此常常會被用在工業鉆頭上。但科學家們近日合成了一種硬度超越鉆石的新材料。

　　來自美國芝加哥大學，新墨西哥大學，中國燕山大學，吉林大學以及河北工業大學的科學家們近期成功合成一種具有超高硬度的氮化硼材料，不同于一般的氮化硼材料，這種新材料形式的硬度超過了鉆石。

　　根據研究人員們進行的相關測試，這種透明物質的硬度勝過鉆石，或者至少與之相當。其維氏硬度測試達到108 GPa，而人造鉆石的這一分值是100 GPa，而一般市場上的立方氮化硼材料的硬度值只有其一半左右。

　　硬度發生如此提升的奧秘在于其內部的納米結構。田永軍(Yongjun Tian,音譯)和其它研究人員使用洋蔥般層狀結構的氮化硼顆粒，然后將其在1800攝氏度高溫和15 GPa(相當于汽車胎壓的6.8萬倍)環境下壓縮，在這種條件下這些晶體發生再結晶并形成孿晶結構。

　　在納米孿晶結構中，相鄰的原子共用一個邊界，就像公寓樓里相鄰的房間共用一堵墻壁一樣。而為了讓晶體硬度更高，科學家們盡量讓晶體顆粒的體積變小，這就讓它的結構被瓦解的可能性大大降低，因為極小的顆粒就意味著要想在其緊湊的原子之間插入其它東西變得越發困難。然而這樣的做法遇到了瓶頸：在大約10納米的尺度上，晶體結構的內在缺陷效應幾乎已經開始抵消緊湊結構帶來的穩定性了，反而開始削弱整體結構。

　　然而納米孿晶的形式可以進一步提升結構強度，對于氮化硼來說，其可以達到在4納米尺度上保持強度。這樣得到的晶體結構在極高的溫度下也仍然是穩定的。

　　研究人員表示：“在我們制成的納米孿晶立方氮化硼結構實現了優異的熱穩定，化學穩定性和硬度的兩者兼得。其硬度甚至可以媲美金剛石，從而使其成為適合工業應用的理想材料。”

　　田永軍表示，通過未來的進一步研究，這種超硬度材料的價格將會與目前市面上出售的普通立方氮化硼材料相接近，其可能的應用領域將包括機械加工，打磨和切割等，還有科學儀器的制造。