非同尋常的碳:一種新型的晶體石墨

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純碳可以呈現多種形式。金剛石、碳奈米管和石墨烯——後者是2010年諾貝爾物理學獎的主題——都具有獨特的物理和化學性質以及在技術上的應用。現在越來越多的證據表明,碳的奇蹟目錄中又增加了一種晶體結構:一種材料,它可以在機械部件中找到應用,這些部件的硬度根據其承受的壓力而變化。

這種新型碳最早於2003年被觀察到,當時研究人員將石墨(一種堆疊的雞網狀碳原子網路)在室溫下置於高壓下。在這種“冷”壓縮下,石墨開始呈現出介於石墨烯和金剛石之間的混合形式,但其確切性質尚不清楚。

現在的兩項計算機模擬研究表明,冷壓縮石墨除了另一種稱為M碳的型別外,還包含一種稱為體心四方(bct)結構的晶體。在bct中,四個原子一組排列成正方形。這些正方形以偏移的方式堆疊,每個正方形與上下層中的四個正方形形成化學鍵。由中國天津南開大學王慧田領導的一個團隊表明,在冷壓縮過程中,向bct碳的轉變會導致能量釋放,這意味著它很可能在現實世界中發生。


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一個日本和美國團隊也進行了一項模擬,其中bct碳產生了與2003年研究中看到的類似的X射線圖譜。斯坦福大學的Wendy L. Mao說,模擬與實驗之間的匹配非常好,她是2003年發現的一部分。bct碳是否存在或能否以純粹形式合成“仍然是實驗人員需要測試的任務”。

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