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最坚硬的玻璃是什么玻璃(哪国的玻璃最坚固)

最坚硬的玻璃是什么玻璃(哪国的玻璃最坚固)

图为钻石


中国科学家在科学研究上一贯非常硬核,而近期中国取得的一项科研成果令人不禁赞叹果然硬核!全球最硬的玻璃正是被中国科学家所研发,硬度令人难以置信,甚至连钻石都能轻松划伤,要知道钻石是人类已知最为坚硬的物体,而中国这款玻璃的硬度,居然远超过钻石,所以对于这项中国科学家独创的科技,也吸引了全球的目光。

最坚硬的玻璃是什么玻璃(哪国的玻璃最坚固)

图为超硬玻璃


金刚石是自然界当中最硬的物体,在工业当中发挥着非常重要的作用,除此之外它还有另外一个名字叫做钻石,为了购买一颗钻石,不知道有多少人掏空了钱包,而钻石通常形成于150米深的地球内部,这里的温度超过1000℃,足够使得部分岩石出现融化,,并且还拥有比地表高5万倍的压力,这样的压力却能够形成一些自然界当中最美丽的物质在如此压力和温度之下,六边形石墨晶体会逐渐变成晶莹剔透的天然金刚石也就是钻石金刚石之所以会如此坚硬,和它的分子结构有着很大的关系,金刚石当中的每一个碳原子杂化方式都是SP3杂化,分布在四个杂化轨道上的价电子会分别和另外4个碳原子的价电子结合形成共价键,构成一个正四面体,然后依靠这样紧密而牢固的立体结构,赋予其极高的硬度。


由于所有的价电子都参与了共价键的形成,因此金刚石不含有自由电子,也就意味着这种和优良导体石墨同源的物质不具备导电性能,这无疑对金刚石的运用造成了一定的负面影响,那么有没有一种材料,既具备和金刚石相同甚至更高的硬度,又具备导电性能呢?答案是有,这就是中国燕山大学研究团队研制出的一种全新玻璃材料实际上这并不是中国研发团队第1次研发出硬度超过金刚石的材料,早在2013年中国田永君院士就已经率领其团队合成了一种硬度超过金刚石的纳米孪晶立方氮化硼,而在这一次的研究当中,中国团队使用了富勒烯作为高硬度玻璃的原材料,这是因为这种材料不仅结构规整,具有高度对称性,还会800℃以及5GPA的压力下被破坏结构,这一性质可以使得高温高压下的富勒烯晶体结构由SP2杂化碳更大程度的向SP3杂化转变。

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图为金刚石微观结构


当中国科学家选择在25GPAa的高压条件下升高温度,富勒烯发生了非常有趣的变化,随着温度升高,晶体结构一直在逐步瓦解,而当温度达到800℃时,晶体结构就完全转变为了玻璃态,当温度提升到1000℃时,在X光衍射光谱当中,这种材料就已经不再呈现出类似石墨的结构特征峰而是出现了对应于金刚石晶面的宽衍射峰,这和以往合成的玻璃态碳材料完全不同。


研究团队随后发现,当温度达到1200℃时,SP3杂化率达到94%,而对于玻璃态物体来说,这实际上意味着逐渐降低的混乱度与随之升高的秩序性而1200度时形成的94%SP3杂化程度的材料被命名为AM-III,经过实验发现其韦氏硬度高达113GP a可以直接刻画为适应度达到103GPA的单晶金刚石晶面,并且强度也完全相当于金刚石,能够承受高达70GPa的压力并且不会出现裂痕,这在有史以来发现的玻璃态的碳中是硬度最高强度最强的。

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图为富勒烯结构


相比起金刚石这种材料还具备两个优势,首先是由于这种材料内部的高硬度,在各个方向都基本一致,具备各向同性,因此超硬晶体韧性不足的问题,在这种材料上得到了解决,并且这种材料还是一种半导体介于其超高硬度和半导体的特性,这种材料未来或许会在太阳能电池等领域得到应用并发挥其重要作用,而这一研发成果也证明中国的科研实力实际上已经走在了世界前列具有了和美国等发达国家相互竞争,甚至将其超越的能力。


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