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科学家发现像钻石一样坚硬的超硬新碳材料

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-11-07   浏览次数:0
核心提示:  布法罗大学的研究人员确定了42种新形式的超硬,稳定的碳材料,它们有可能用于新型耐刮擦涂料。    布法罗大学(UB)研究
  布法罗大学的研究人员确定了42种新形式的超硬,稳定的碳材料,它们有可能用于新型耐刮擦涂料。
  
  布法罗大学(UB)研究人员使用一种计算模型来识别42种新形式的超硬,稳定的碳材料,这些材料具有广泛的应用潜力。
  
  研究人员说,他们发现的某些碳材料可能与钻石几乎一样硬,甚至比钻石更硬,这使其非常适合于创建新的耐刮擦涂层或开发新的解决方案,以保护贵重物品不受损坏。
  
科学家发现像钻石一样坚硬的超硬新碳材料
  硬质材料对科学家非常有用,不仅对于商业应用的开发,而且还用于实验室,尤其是化学和材料科学领域。
  
  当前,钻石是研究人员可获得的最坚硬的材料。但是,UB化学家Eva Zurek构思了这项研究,并与杜克大学机械工程和材料科学教授Stefano Curtarolo共同领导了该项目,他说,这种方法的使用通常价格过高。
  
  UB艺术与科学学院化学教授祖雷克在接受采访时说:“我的同事们在实验室里进行高压实验,在钻石之间挤压材料,他们抱怨钻石破裂时价格昂贵。”新闻稿。“我们想找到比钻石更难的东西。如果您可以找到其他坚硬的材料,则可以使它们更便宜。”
  
  祖雷克说,发现具有与钻石相似硬度的新材料也可能带来新的出乎意料的特性,从而可以为研究人员提供其他目的。她说:“它们还可能具有钻石所没有的有用特性。” “也许他们会互动。”
  
  由于键的强度,研究人员将碳材料作为搜索对象,这是超硬材料的前提。祖雷克说:“其他超硬材料中的其他元素通常来自元素周期表的同一侧,例如硼和氮。”
  
  材料硬度测试
  
  为了完成任务,研究人员将晶体结构的计算预测与机器学习相结合,以寻找新颖的材料。他们发现了42种符合要求的碳,但他们的工作只是理论上的。他们已经预测了新材料,但尚未创建。
  
  为了找到坚硬的材料,科学家必须定义材料中特征“坚硬”的含义。就其目的而言,硬度与材料抵抗变形的能力有关。称为维氏硬度测试的实验可以确定这种质量的程度。如果通过维氏测试测得的硬度值超过40吉帕斯卡,则科学家认为该物质是超硬的。
  
  UB科学家预测,这项研究的所有42种新碳结构都将达到该值,据维氏标尺测得,其中三个碳结构估计可以满足钻石的硬度,但幅度很小。
  
  “很少有人知道超硬材料,因此寻找新的材料非常有趣,”祖雷克说。
  
  多学科材料搜索
  
  为了进行这项研究,研究人员使用了XtalOpt(一种在Zurek实验室中开发的用于晶体结构预测的开源进化算法)来生成碳的随机晶体结构。然后,该团队使用机器学习模型来预测碳的硬度。研究人员使用现有的材料库(其属性已经被计算出来)称为自动流(AFLOW)数据库,以训练他们的机器学习模型来估计硬度。
  
  然后XtalOpt使用研究人员发现为“父母”的最坚硬和最稳定的结构来生成其他新的碳结构,这种方法可以继续识别更多的材料。
  
  UB研究人员发现,他们发现的最坚硬的结构往往在其晶格中包含钻石和朗斯代尔岩(也称为六角形钻石)的碎片。这一发现告诉先前的研究,过去描述的其他团队的碳结构也将是超硬的,
  
  伊丽莎白·蒙塔尔巴诺(Elizabeth Montalbano)是一位自由撰稿人,他对技术和文化进行了20多年的写作。她在凤凰城,旧金山和纽约市生活和工作过,担任专业记者。业余时间,她喜欢冲浪,旅行,音乐,瑜伽和烹饪。她目前居住在葡萄牙西南海岸的一个村庄。
 
 
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