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一項研究稱，科學(xué)家們解決了一個長達數(shù)十年之久的難題，揭開了一種近乎堅不可摧的物質(zhì)的面紗，它可以與鉆石相媲美，成為地球上最堅硬的材料。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當碳和氮的前驅(qū)體受到極端高溫和壓力時，產(chǎn)生的材料--碳氮化物--比立方氮化硼（僅次于鉆石的第二硬材料）更堅硬。

專家說，這一突破為多功能材料在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用打開了大門，包括汽車和宇宙飛船的保護涂層、高端耐力切割工具、太陽能電池板和光電探測器。

自 20 世紀 80 年代以來，材料研究人員一直試圖挖掘碳氮化物的潛力，當時科學(xué)家們首次注意到碳氮化物的特殊性能，包括高耐熱性。

然而，經(jīng)過三十多年的研究和多次嘗試合成，卻沒有任何可信的結(jié)果。

國際合作帶來成功

現(xiàn)在，一個由愛丁堡大學(xué)極端條件科學(xué)中心的研究人員、德國拜羅伊特大學(xué)和瑞典林雪平大學(xué)的專家組成的國際科學(xué)家團隊終于取得了突破。

研究小組將各種形式的碳氮前體置于 70 至 135 千兆帕（約為大氣壓的一百萬倍）的壓力下，同時將其加熱到攝氏 1500 多度。

為了確定這些化合物在這些條件下的原子排列，樣品在三個粒子加速器--法國的歐洲同步加速器研究設(shè)施、德國的德意志電子同步加速器和美國的先進光子源--接受了強X射線光束的照射。

研究人員發(fā)現(xiàn)，有三種氮化碳化合物具有超硬度所需的構(gòu)建模塊。值得注意的是，當這三種化合物回到環(huán)境壓力和溫度條件下時，它們?nèi)阅鼙３帚@石般的品質(zhì)。進一步的計算和實驗表明，這些新材料還具有其他特性，包括光致發(fā)光和高能量密度。

研究人員表示，這些超壓縮碳氮化物的潛在應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，有可能成為與鉆石相媲美的終極工程材料。

這項發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials）上的研究得到了英國皇家研究院FLF計劃和歐洲研究基金的資助。

愛丁堡大學(xué)物理和天文學(xué)學(xué)院凝聚態(tài)物理和復(fù)雜系統(tǒng)研究所未來領(lǐng)導(dǎo)者研究員 Dominique Laniel 博士說："在發(fā)現(xiàn)第一種新型氮化碳材料時，我們對研究人員在過去三十年里夢寐以求的材料終于問世感到難以置信。這些材料為彌合高壓材料合成與工業(yè)應(yīng)用之間的差距提供了強大的動力。"

林雪平大學(xué)物理、化學(xué)和生物系助理教授 Florian Trybel 博士說："這些材料不僅具有卓越的多功能性，而且表明可以從相當于地球內(nèi)部數(shù)千公里的合成壓力條件下回收與技術(shù)相關(guān)的物相。我們堅信，這項合作研究將為該領(lǐng)域開辟新的可能性。"