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世界上最硬的玻璃和最軟的玻璃
世界上最硬的玻璃和最軟的玻璃
更新时间:2025-04-03 18:27:18

晶瑩閃爍、價格不菲的鑽石自然是世界最硬的物質,它本質上是一種碳晶體——金剛石。在衡量礦物硬度的莫氏硬度表中,金剛石位居榜首,莫氏硬度值為 10。相較之下,普通玻璃的莫氏硬度值隻有 6。 不過,燕山大學的研究團隊最近合成了一種新型玻璃,它的硬度超越史上任何一塊玻璃,甚至可以劃破鑽石!

嚴格來說,這種玻璃與我們熟悉的普通玻璃不是一回事。普通玻璃的主要成分是二氧化矽,而最硬玻璃的化學本質是碳,隻不過它讓碳從鑽石的晶體态變成了類似玻璃的非晶體态,也就是“玻璃态”。

晶體内原子的排列整齊規律,有固定的熔點。與之相反,非晶體内原子的排列雜亂無序,最多隻能呈現局部的有序性。這樣的固體沒有固定熔點,也常展現出一些晶體物質所沒有的優良性能。

研究者将富勒烯(60個碳原子組成的足球狀分子)晶體放在高溫、高壓的環境下,随着溫度升高,碳的晶體結構開始逐步瓦解。到了800°C,碳已經完全轉變為玻璃态。升溫繼續,此時玻璃态的碳原子又從完全無序的狀态轉變為局部的有序排布,碳原子之問也開始出現了類似金剛石中的化學鍵。研究者将 1000°、1100°C 和1200°C 下的新型碳玻璃分别命名為 AM- AM-I 和AM-Il。

世界上最硬的玻璃和最軟的玻璃(比鑽石還硬的玻璃)1

誕生于最高溫的 AM-III展現出了最強的實力。從結構上來說,它的密度最高局部秩序性最強。從性能上看,它的硬度也最“無敵”:在高達70 GPa 的壓力下依然不會出現裂痕,而且不易摔碎。當研究者用 AM-1l刮金剛石的表面時,金剛石的表面出現了明顯劃痕,顯而易見,AM-III比鑽石還硬。除了超高的硬度,這款玻璃還表現出不錯的半導體性能。或許在末來,它還能助光伏發電一臂之力。

文章來源:《萬物》2021年10月期,分享内容僅限閱讀推廣與輔助購買決策,資源版權屬于原出版機構,喜歡雜志的朋友,可以在雜志鋪訂閱哦!

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