這種新合成的氮化碳幾乎和金剛石一樣硬。圖片來源：Dominique Laniel et al.

科學(xué)家一直在嘗試制造像金剛石一樣堅(jiān)硬的材料。金剛石作為地球上最堅(jiān)硬的物質(zhì)，是許多材料科學(xué)研究的基準(zhǔn)。1989年，美國(guó)伯克利大學(xué)的A.Y. Liu和M.L. Cohen從理論上預(yù)言了一種由碳和氮合成的材料，推斷其硬度可與金剛石相媲美，甚至可能比金剛石更高。科學(xué)家采用各種手段試圖在實(shí)驗(yàn)室合成這種化合物，但結(jié)果并不理想。

現(xiàn)在，英國(guó)愛丁堡大學(xué)的Dominique Laniel和同事，在70萬倍大氣壓下壓縮金剛石鉆頭之間的碳和氮，并用激光加熱到3000攝氏度，最終合成了這種幾乎和金剛石一樣硬的化合物—— 一種氮化碳的微小樣本。該化合物有望應(yīng)用于切割工具、傳感器甚至炸藥的制造。

金剛石的硬度約為90GPa，而此前已知的第二硬材料——立方氮化硼的硬度在50GPa至55GPa之間。Laniel說，他們合成的這種氮化碳新材料，硬度在78GPa到86GPa之間，這取決于形成的3種晶體結(jié)構(gòu)中的哪一種。

不過，Laniel等人合成的氮化碳的硬度，推翻了1989年對(duì)該物質(zhì)硬度將超過金剛石的預(yù)言。

“之前硬度排名第二的立方氮化硼與金剛石在硬度上有著巨大的差距。而我們的合成結(jié)果彌補(bǔ)了這一差距。”Laniel說，他們新合成的材料盡管被稱為“氮化碳”，但這是兩種迥然不同的元素。他們非常愿意接受更廣泛的意見，為其定一個(gè)更為準(zhǔn)確的名字。

目前合成的樣本只有5微米寬、3微米厚，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模可能很困難。不過從理論上講，使用更大的金剛石來壓縮碳和氮，應(yīng)該可以制造出更大塊的材料，但合成所需的壓力可能更高。而這些將使氮化碳的成本遠(yuǎn)高于金剛石。

Laniel表示，這種新材料具有金剛石所沒有的優(yōu)點(diǎn)，例如可以在壓力下產(chǎn)生電信號(hào)，這可能使其應(yīng)用于傳感器。此外，該材料具有高能量密度，可能制成一種強(qiáng)大的爆炸物，但環(huán)境毒性要小得多。

研究人員在日前出版的《先進(jìn)材料》上公布了這一成果。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202308030