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最近 ， 《国家科学评论》（NSR）杂志发布了一项关于全世界最硬玻璃的研究成果 。 这种全新的玻璃材料 ， 不仅硬度超过了金刚石 ， 并且具备金刚石所不具备的韧性 ， 以及半导体特性 。 用它来切割钻石根本不是问题 。
该成果来自燕山大学的研究团队 。 领导该团队的是一直深耕于超硬材料领域的田永君院士 。 在这项研究中 ， 田永君团队使用的原材料是富勒烯（C60） ， 这种材料与钻石的成分一样 ， 都由碳元素组成 。 富勒烯的碳原子都是sp2杂化（一种常见的轨道杂化方式） ， 结构规整 ， 具有高度的对称性 。 因此 ， 在800℃下 ， 5GPa的压力就足以破坏富勒烯高度对称的结构 。
【中国造出全球最硬玻璃，可直接划破钻石】
在高温高压条件下 ， 可将C60结构破坏 ， 使部分碳原子更大程度地由sp2杂化向sp3杂化转变 。 这个过程相当于破坏了原来有序的晶体结构（钻石就是晶体结构） ， 形成了新的无序态玻璃状结构 ， 局部会形成四面体结构 。 不过由于晶体的各向异性无法避免 ， 科学家们就一直在想办法制造在各个方向上性质都一致的材料 ， 非晶体就具有这种性质 。
当温度达到1000℃时 ， 材料在X射线衍射光谱中不再显现出类似于石墨的结构特征峰 ， 而是出现了对应于金刚石晶面的宽衍射峰 。 这一点完全不同于以往合成的玻璃态碳材料 。 数据显示 ， 在1000℃、1100℃和1200℃时 ， sp3杂化程度分别约为69%、77%和94% 。 sp3杂化程度越高 ， 材料的密度就越大 。 研究团队分别将这三种“玻璃”命名为AM-I、AM-II和AM-III 。 （AM即amorphous ， 表示玻璃态 。 ）其中 ， 1200℃时形成的sp3杂化程度最高、最为致密的AM-III格外引人关注 。
我们知道一个大气压约100kPa ， 也就是0.0001GPa 。 对AM-III的力学性质测定显示 ， 其维氏硬度（HV）高达113GPa ， 可以刻画维氏硬度为103GPa的单晶金刚石晶面 。 除了超高的硬度之外 ， AM-III的强度也可以与金刚石相媲美：这种材料的表面能承受高达70GPa的压力而不会出现裂痕 。 这是迄今为止发现的最硬、最强的玻璃态的碳 。
据悉 ， 这种新型“玻璃”结合了优越的力学性能与半导体性能 ， 有望在光伏（将太阳能转化为电能）领域大展身手 。
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