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深度解讀

科學(xué)家通過(guò)激光脈沖照射獲得碳元素第3種固體相態(tài)Q-碳

星之球激光 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)2015-12-04 我要評(píng)論(0 )   

  美國(guó)科學(xué)家最近合成出一種不同于石墨和金剛石的固態(tài)碳元素新相態(tài),并稱其為Q-碳。他們還開發(fā)出一種技術(shù),能在常溫常壓下利用Q-碳造出多種金剛石結(jié)構(gòu)。


  美國(guó)科學(xué)家最近合成出一種不同于石墨和金剛石的固態(tài)碳元素新相態(tài),并稱其為Q-碳。他們還開發(fā)出一種技術(shù),能在常溫常壓下利用Q-碳造出多種金剛石結(jié)構(gòu)。

一堆從0.02到0.04克拉的單粒鉆石,總重5.36克拉(示意圖)。
  Q-碳具有很不尋常的性質(zhì),比如它有鐵磁性,而其他固態(tài)碳沒有;它比金剛石還硬;在能量較低時(shí)就能燃燒。此外,它還能用于制造多種單晶金剛石材料。
  相態(tài)是同一元素的不同形式,如石墨和金剛石是碳的兩種固體形式。論文第一作者、北卡羅萊納州立大學(xué)材料科學(xué)與工程教授杰伊·納拉揚(yáng)說(shuō):“現(xiàn)在我們?cè)斐隽颂嫉牡?種固體相態(tài),自然界唯一存在這種碳相態(tài)的地方可能是某些行星的核心。”
  據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,在常溫常壓下,研究人員用藍(lán)寶石、玻璃或塑料聚合物等作基底,在其上面涂一層無(wú)定形碳(非晶體碳),然后用一束激光脈沖照射約200納秒,碳的溫度升高到4000K(約3727℃),隨即迅速冷卻,最終形成一層Q-碳膜。
  他們最終制造出從20納米到500納米不同厚度的Q-碳膜,并通過(guò)使用不同基底、改變激光脈沖時(shí)間、控制碳冷卻的速度,在Q-碳內(nèi)造出金剛石結(jié)構(gòu)。
  “我們能造出金剛石的納米針、微米針、納米點(diǎn)和較大的金剛石膜,它們是單晶結(jié)構(gòu),比多晶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高。這些金剛石材料可用于藥物遞送、工業(yè)加工,制造高溫交換器、功率電子設(shè)備等。要把更多的Q-碳變成金剛石,只需簡(jiǎn)單重復(fù)激光脈沖/冷卻這一過(guò)程。”納拉揚(yáng)說(shuō),“我們只能造出Q-碳膜并研究它的性質(zhì),但如何使用它、怎樣制造Q-碳納米點(diǎn)或微針,我們?nèi)孕柩芯俊?rdquo;
  該校已對(duì)Q-碳和相關(guān)鉆石制造技術(shù)提出了兩項(xiàng)臨時(shí)專利申請(qǐng)。研究成果發(fā)表在近期出版的《應(yīng)用物理學(xué)》和《應(yīng)用物理快報(bào)·材料》雜志上。

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激光技術(shù)激光脈沖Q-碳膜
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