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一般來說,根據(jù)是否存在長程周期性,將固體分為結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)。然而,當(dāng)晶體中的長程有序度顯著降低時(shí),區(qū)分這兩種狀態(tài)就變得異常困難,特別是對于強(qiáng)共價(jià)和類共價(jià)固體。
為了探索這一結(jié)構(gòu)之謎,理論科學(xué)家們提出了次晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型,其本質(zhì)上是在非晶基體中引入納米尺寸的中程有序(MRO)結(jié)構(gòu),即完全由中程有序的次晶組成,又不具有長程有序性。此前,一直未能在自然界或?qū)嶒?yàn)中發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)狀態(tài)。
近日,北京高壓科學(xué)研究中心研究員緱慧陽等在高溫高壓條件下合成了一種新形態(tài)的金剛石—次晶金剛石,填補(bǔ)了非晶結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)之間原子排列尺度上的缺失環(huán)節(jié),為深層次理解非晶材料的復(fù)雜結(jié)構(gòu)提供了密鑰。
在實(shí)驗(yàn)過程中,研究人員采用最新極端高壓技術(shù),在30GPa、1500-1600K的溫壓條件下對富勒烯(C60)前驅(qū)體進(jìn)行高溫高壓處理發(fā)現(xiàn),壓縮的富勒烯聚合轉(zhuǎn)變成為一種高密度無序的sp3鍵合的碳。高分辨透射電子顯微鏡顯示,樣品中存在高密度且均勻分布的類晶體團(tuán)簇(尺寸為0.5-1.0nm),其原子構(gòu)型接近于立方和六方金剛石,且具有很高的晶格畸變,即次晶金剛石。
研究人員表示,次晶金剛石是目前非晶材料中發(fā)現(xiàn)的硬度和熱導(dǎo)率最高的材料,在高端技術(shù)領(lǐng)域和極端環(huán)境下具有重要的應(yīng)用前景,也有助于進(jìn)一步開發(fā)新型類金剛石材料。