科学家发现硬度接近金刚石的非碳材料

一组科学家发现了第一种硬度接近金刚石的不含碳材料。这一成果对于依赖于金刚石进行切割及钻孔的技术和工业有着重要影响。

新材料是硼氮纳米化合物,这意味着它由只有数个纳米尺度的硼氮晶粒构成,而非连续的晶体。尽管之前科学家报道过这种材料,但是硼氮化合物在高温下很不稳定,在工业上这是一个主要缺陷。

德国Heidelberg大学和Bayreuth大学的NataliaDubrovinskaia说:“最大的突破在于,这种坚硬的材料同时很稳定,因此可用于切割以及钻孔。”Dubrovinskaia是发表在3月8日的“AppliedPhysicsLetters”上文章的第一作者。

对于很多由晶粒构成的材料而言,都存在一个最佳晶粒大小,这一大小通常在纳米范围内。沿着这一思路,Dubrovinskaia和同事对一系列的多晶和纳米晶体硼氮化合物进行了很多实验。其中包括测量样品的维氏硬度,对于很硬的材料来说,其值一般在数个GPa左右,而单晶金刚石的硬度是大约100GPa。

Dubrovinskaia小组发现的最硬硼氮化合物硬度达到了85GPa,其晶粒大小为14纳米,在1600K温度下仍然保持热稳定。这一材料的硬度来源于两方面:纳米尺度大小的作用以及两种相组成。在这之前,已知硬度最接近金刚石的物质是立方氮化硼,一种维氏硬度50GPa的单晶相。它和金刚石之间还有50GPa的差距。

Dubrovinskaia说:“这一差距已经通过调整晶粒的大小和组成结构得到了填补。它们无疑将在工业上起到极其重要的作用。”

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