青少年喜欢的科技前研:最硬的人工合成材料

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青少年喜欢的科技前研:最硬的人工合成材料插图

1993年7月,美国哈佛大学传出轰动性的科技新闻:利用激光溅射技术研制成功了氮化碳薄膜。这种具有β-C3N4结构的新材料的晶体硬度超过了目前世界上最硬的金刚石晶体,成为首屈一指的超硬新材料,引起了全世界科学界和工程技术界的强烈反响和巨大震动。

制备氮化碳的实验是在1989年首先从理论上预言4年之后获得成功的。科学家在分析一系列超硬材料结构,如最硬的材料金刚石,体积弹性模量B高达435吉帕,立方氮化硼B=369吉帕,以及硬度相对较低的碳化硅(SiC)、碳化硼(B4C)和氮化硅(Si3N4)等超硬材料后,发现其中β-Si3N4已经有大量的研究结果,于是提出以碳取代硅会产生怎样的结果呢?计算表明,得到的数据令人振奋,描述β-C3N4晶体的弹性模量B=483吉帕!而材料的体积弹性模量B的大小正是表明材料硬度高低的宏观物理量。

这就从理论上首次预言了氮化碳的硬度可能比以往世界上最硬的金刚石还要高。

在自然界,至今还没有发现天然存在的氮化碳晶体,而1993年竟然在实验室人工合成了硬度超过金刚石的这种新材料。

这一轰动性的事件一经在美国的《科学》和《纽约时报》上报道,成为轰动性科技新闻后,立即引起全世界材料界的关注。于是世界上许多实验室开展了这项研究,一时间形成热潮。在研究机构、国防部门和公司企业的共同协作下,一些实验室很快取得很好的成果。这有力地说明,学者与企业家携手合作在高新技术发展过程中的重要性。

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