日本筑波大學(University of Tsukuba)的研究人員通過電腦計算,設計出一種比鉆石更堅硬的新型碳基材料。發(fā)明者把它叫做“五角鉆”(pentadiamond)。
(University of Tsukuba)
很久以來,人們都認為鉆石是最堅硬的材料。碳原子構(gòu)成多種同素異形體,包括石墨、碳納米管等。各種材料的機械屬性,包括硬度,主要取決于內(nèi)部原子之間的綁定方式。
普通鉆石內(nèi),每個碳原子與相鄰的四個原子組成共價鍵?;瘜W家把這種結(jié)構(gòu)叫做sp3混成。碳納米管與其它一些碳基材料,每個碳原子組成三個綁定,稱為sp2混成。
筑波大學的研究人員探索了這兩種混成結(jié)構(gòu)兼有的復雜結(jié)構(gòu)?!坝捎诰W(wǎng)絡內(nèi)的大量組合和排列方式,既有sp2混成原子又有sp3混成原子的碳材料形態(tài)更廣泛。”這份研究的第一作者藤井靖(Yasumaru Fujii)說。
研究人員使用密度泛函理論(DFT)算出最穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu),并估計它的硬度。
化學和固態(tài)物理學廣泛使用密度泛函理論預測材料的結(jié)構(gòu)和特性??墒且粉櫂悠分兴须娮拥牧孔討B(tài),特別是它們之間的相互作用,通常很困難。密度泛函理論使用近似模擬,聚焦于繞行原子的電子在軌道空間上的最終密度。這簡化了計算,使其既夠精確,又是電腦可以完成的任務。
研究人員算出“五角鉆”的硬度是普通鉆石的1.4倍。
合作研究者丸山美奈(Mina Maruyama)說:“五角鉆比普通鉆石更堅硬,可是密度卻低很多,和石墨差不多?!?br />
研究人員表示,這項發(fā)明展示了利用電腦從零開始設計材料的實力。
除了在工業(yè)切割上的應用,研究人員稱,這種材料也可用于鉆石對頂砧。這種設備利用兩個鉆石平面相互擠壓,產(chǎn)生極高的壓力,模擬極端條件從事研究。
【目標客戶】國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)、產(chǎn)品工業(yè)設計院所,研究機構(gòu),科研院校的科技人員、公司經(jīng)理。
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