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美造出最细钻石纳米线 建造“太空天梯”成为可能

关键词 钻石纳米线 , 太空天梯|2014-09-24 09:32:03|来源 cnbeta网站
摘要   最近,美国宾夕法尼亚州立大学化学家首次发现了怎样生产超细“钻石纳米线”。钻石纳米线的核心由钻石的基本单位结构连接而成——碳原子以...
  最近,美国宾夕法尼亚州立大学化学家首次发现了怎样生产超细“钻石纳米线”。钻石纳米线的核心由钻石的基本单位结构连接而成——碳原子以三角四面体结构首尾相连,外围包着一层氢原子。研究人员推测,这种钻石纳米线有着非凡属性,强度和硬度都超过了目前最强的纳米管和聚合材料。相关论文发表在9月21日的《自然·材料》杂志上。

  纳米线的宽度仅几个原子,比光纤细几十万倍。该研究负责人、宾州大学化学教授约翰·拜丁说:“就像一个不可?#23478;?#30340;珠宝商,把最小的钻石串在一起,成为微小的钻石 项链 。因为线的中心是钻石,我们推测它可能具有超凡的硬度、强度和用途。”

  近一个世纪以来,人们想?#35759;?#31435;含碳分子(如液体苯)压缩成一种有序的、类钻石纳米材料,一直未能成功。“我们用了橡树岭国家实验室的大型高压装置,压缩6毫米宽的苯——与以往实验相比,这种数量是极大的。”论文?#29616;?#32773;、卡内基科学研究所的马尔科姆·格斯里说,“我们发现,在室温下充分压缩后再缓慢释放压力,让碳原子有时间互相反应,连成高度有序的碳四面体单行链,成为这些钻石核纳米线。”

  据物理学家组织网9月21日报道,研究人员压缩的分子是苯,含6个碳原子和6个氢原子。在压缩过程中,扁平的苯分子堆积在一起、弯曲、断裂,然后随着压力的缓慢释放,原子以一种完全不同、却仍高度有序的方式重新连在一起。碳原子形成四面体结构,氢原子“?#20197;?rdquo;外面,四面体互相连接形成了细长的纳米线。

  研究小组在多家机构、用多种技术对钻石纳米线结构进行了检验,结果显示纳米线中还?#24515;?#20123;不够完美的地方,他们打算继续改进它们的结构。 此外,他们还希望找到能制造更多纳米线的方法。“制造纳米线所需的高压限制了它?#32435;?#20135;能力,一次只能生产几个立方毫米,所以还不够用于工业规模。”拜丁说,“我们的目标之一是消除这种限制,让这些钻石纳米线能在更实际的条件下生产。”

  这些纳米线有着稳定的四面体核心,也是一类新材料——钻石类纳米材?#29616;?#30340;首个成员。拜丁说,用苯分子的自然排列引导形成这?#20013;?#30340;钻石纳米线,也让以碳氢为基础制造更多其他类分子变成了可能,?#28909;?#28155;加其他原子,让它们与纳米线结合。通过?#36153;?#25152;设计的液体,就能造出大量不同材料。钻石纳米线可以使许多行业获得巨大改进,?#28909;?#36229;强、轻质线缆,使建造“太空天梯”成为可能。
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