最近，美國卡內(nèi)基研究院與內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分?？茖W(xué)家合作，創(chuàng)造出一種碳的新形式，混合了晶體和非晶體兩種結(jié)構(gòu)，是一種“有序化的無序排列”，堪稱“渾沌”晶體。這種材料非常堅(jiān)硬，能在鉆石上留下凹痕。這一發(fā)現(xiàn)在機(jī)械力學(xué)、電子學(xué)、電氣化學(xué)等領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用前景。

　　碳元素在宇宙中含量排第四，僅次于氫、氮和氧，以多種形式存在：石墨、鉆石、單層蜂窩狀的石墨烯、圓柱形納米管，還有籠子形狀的富勒烯（也叫“巴基球”）。這些碳有些以晶體形式存在，即碳原子的單位結(jié)構(gòu)不斷重復(fù)，排列成有規(guī)律的結(jié)構(gòu)；另一種則是非晶體。此外，科學(xué)家認(rèn)為還可能有晶體與非晶體的混合形式存在，但以前從未觀察到過。

　　該研究由卡內(nèi)基研究院的王林(音譯)領(lǐng)導(dǎo)。他們在巴基球(C-60)中加入一種有機(jī)二甲苯(C8H10)溶劑，讓其溶解后施加高壓，觀察在不同壓力下會發(fā)生怎樣的變化。在相對低壓條件下，C-60還能保持籠子形狀，隨著壓力升高，籠結(jié)構(gòu)開始破裂成非晶體的碳原子簇。然而，這些非晶體碳簇仍保持在它們原來的位置上，形成一種晶格結(jié)構(gòu)。研究人員稱之為“有序非晶體碳簇”。

　　形成這種結(jié)構(gòu)的壓力范圍非常狹窄。低于30萬個大氣壓時，形成的新結(jié)構(gòu)在消除壓力后會恢復(fù)成原來的球狀，達(dá)到32萬個大氣壓后，新結(jié)構(gòu)就是穩(wěn)定的，消除壓力后也不會復(fù)原。

　　隨后，研究人員用阿拉貢國家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光源、布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的同步光源對新材料進(jìn)行了檢測，驗(yàn)證了它的結(jié)構(gòu)。他們在實(shí)驗(yàn)用的鉆石上發(fā)現(xiàn)了擠壓留下的凹痕，這表明新材料的硬度接近鉆石。

　　如果加熱除掉渾沌晶體中的溶劑，它們就會失去規(guī)則的晶格結(jié)構(gòu)。研究人員解釋說，這表明溶劑是這種渾沌晶體保持其化學(xué)過渡性的關(guān)鍵。類似的溶劑還有很多種，因此在理論上，通過施壓來構(gòu)造一種與此類似、但更輕的碳晶格結(jié)構(gòu)是可能的。

　　王林說：“我們創(chuàng)造了一種新型碳材料，硬度可與鉆石相比。這種材料在極端高壓下一旦形成，就能在正常條件下存在，這意味著它們具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價值。”