什么是最强的已知材料?
这个问题的答案取决于你如何定义“强”,但截至撰写本文(2007年12月)时,已知最硬或最不可压缩的材料是聚集金刚石纳米棒(ADNR),这是一种由高度压缩和相互连接的纳米管组成的碳的同素异形体(品种)。聚合金刚石纳米棒的体积模量或硬度测量为 491 吉帕斯卡 (GPa),而传统金刚石的模量仅为 442 GPa。聚集的金刚石纳米棒可以划伤金刚石和超硬富勒石,这是另一种碳的同素异形体,是之前的硬度记录保持者。
聚合金刚石纳米棒于2005年由物理学家在德国拜罗伊特大学首次合成。由Natalia Dubrovinskaia领导的团队在由传统富勒烯(也称为巴基球,元素C60)组成的样品上使用定制设计的5000公吨(500万公斤)砧压机。通过压缩这些布基球并将它们加热到2500开尔文度,有可能产生这种新的碳同素异形体。该材料由直径在5至20纳米之间的碳纳米管组成,每个长度约为一微米。
聚集金刚石纳米棒的物理外观类似于散射不同颜色光的金属,使其表面略微像彩虹。它看起来像金属是不寻常的,因为碳的其他同素异形体(烟灰,石墨,钻石等)很少这样做,除了石墨。
聚集金刚石纳米棒的密度也比金刚石高0.2-0.4%,使其成为已知密度最大的碳形式。影响材料硬度的一个因素被认为是构成它的纳米棒的随机取向。因为纳米棒的物理结构是细网状的,像凯夫拉尔®一样,材料也是防碎的,不像金刚石。
测试表明,使用聚合金刚石纳米棒尖端的刀具加工钢,可以使刀具比金刚石磨损得更慢,并且具有更高的精度。当大规模生产聚合金刚石纳米棒在经济上可行时,它们确实可以取代金刚石作为工业磨料和工具提示材料。
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