全世界最硬的玻璃被中国科学家造出来了为中国点赞

　　/ja076761k）研究团队正是利用了这一性质，他们希望在合适的高温高压条件下瓦解富勒烯的晶体结构，使原本结构中的sp2杂化碳更大程度地向sp3杂化转变。将其解构的目的就是要再重建，以得到结构无序、不“完美”的玻璃态。为此，他们选择在25GPa的高压条件下不断升高温度。随着温度的升高，规整的晶体结构逐步瓦解，在800℃时就可以由晶体结构完全转变为玻璃态。此后，伴随着温度的进一步升高，意想不到的变化出现了。在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——此前报道的玻璃态碳材料都会呈现与石墨结构相似的衍射峰，也就是说，碳原子的主要杂化方式依然是sp2。而在最新研究中，富勒烯sp2杂化碳逐渐转变为sp3杂化，并在1000℃时，sp3杂化的正四面体结构后来者居上，占据了主导的位置。对于研究团队来说，1000℃只是一个开端。当他们持续升高反应温度，碳原子中sp3杂化的比例越来越高——电子能量损失谱证实，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，材料的密度也越大。在高分辨率透射电镜下，平均“粒径”也越来越小，分布趋于均匀。对于玻璃态来说，这衡量了整体混乱结构中的秩序性，意味着逐渐降低的混乱度与随之升高的秩序性。研究团队分别将1000℃、1100℃和1200℃下的新型“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。对AM-III的力学性质测定显示，其维氏硬度（HV）高达~113GPa，可以刻划维氏硬度为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。

　　田永君团队打造的超硬玻璃可划伤钻石此外，玻璃态AM-III的高硬度在材料内部的各个方向都基本一致，即具有各向同性。相比于因各向异性而存在“软肋”的金刚石，AM-III作为一种新型玻璃，完美解决了超硬晶体韧性不足的问题。应用前景除了超硬、超强的力学性质外，AM-III也是半导体，它的带隙（导带的最低点与价带的最高点的能量之差）范围为1.5~2.2eV，与最常用的半导体非晶硅薄膜的带隙相当。因此，这种结合了优越的力学性能与半导体性能的新型“玻璃”有望在光伏（将太阳能转化为电能）领域大展身手。这不是该团队第一次在超硬材料领域进行这样创新的尝试。现在，新的实验揭示了无序玻璃可以媲美有序晶体的可能性。一步一步解构晶体结构，再形成新的化学键，最终得到结构无序、不完美的玻璃态。这些本质上具有独特秩序的混乱结构，却能带来惊喜，甚至有可能超越有序的完美晶体。它让科学家看到利用混乱中的秩序，可以将“玻璃”的特性发挥到极致。