压缩玻璃碳：一种新的和高度柔韧且强力的材料

燕山大学亚稳态材料科学与技术国家重点实验室的研究人员开发了一种重量轻、超强且有弹性的碳(C)材料，被称为“压缩玻璃碳”。亚博老虎机网登录

由于碳的含有sp的能力^3.，sp.²sp杂化，能够形成各种不同的键从而形成各种不同的结构。例如，金刚石的结构完全由sp组成^3.而在二维(2D)蜂窝状晶格中的C原子则表现出sp²杂化。碳原子形成不同键态的能力决定了碳材料的各种物理属性，其中包括其非凡的电气和机械性能。亚博网站下载

高性能材料是强，轻，弹性和可调的电亚博网站下载气性能在各种不同的应用，如军事装甲和航空航天材料的巨大需求。

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然而，很难找到具有最佳强度重量比的材料，同时又不损害材料的某些方面。亚博网站下载例如，普通金属强度高，但重量大，通常表现出较差的弹性和约2 GPa的延展性。

高科技陶瓷，如硬质合金，尽管具有9 GPa的高抗压强度，但由于材料的重量和低弹性，其能耗更高，因此用处不大。

因此，碳原子可以形成不亚博网站下载同的键态，这是碳原子能够形成不同键态的结果，因此，由碳组成的材料很有希望找到具有强、柔性和轻的特性的材料。

钻石，一个sp^3.杂交的碳形式，是一个超硬绝缘体，sp²杂交的石墨烯显示出平面柔性。结合SP^3.杂交形式和sp²碳的杂化形式可能会产生具有优越强度和柔韧性的材料。

控制压缩法是一种直接合成这些杂种植物的方法²- sp^3.碳的形式，纯sp的二维薄片²杂交的石墨烯样材料层在受控条件下被压缩。亚博网站下载玻璃碳（GC）是SP²杂交的材料，既有强，重亚博网站下载量轻，以及已知高度耐腐蚀和极端温度高达3000ºC的材料的杂交材料

在高压下过热导致超硬纳米结晶金刚石的形成，冷压缩允许形成SP²- sp^3.桥，当压力释放时，桥就会反转。因此，需要一种可靠的、可重复的方法和合适的条件来生产可回收的孢粉²- sp^3.碳形式。

Zhishheng Zhao来自中国燕山大学的团队使用了适度的温度和压力条件，合成了压缩的玻璃碳（压缩GC），这是其混合SP的柔性和超强²- sp^3.碳结构。

所选择的区域电子衍射（SAED）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像显示压缩的GCS显示出长距离紊乱和短距离顺序。虽然每层中的C原子用sp布置²连接，发现在碳层之间形成的曲线形成为SP^3.债券。

我们发现，作为施加载荷的函数，原始的gc的硬度只有5 GPa。当进行与原始gc相同的测试时，在400ºC和600ºC的压力和温度为25 GPa时恢复的压缩gc硬度为15 GPa，而在800ºC和1000ºC时恢复的压缩gc硬度为26 GPa。

非压痕测试表明，压缩gc显示无与伦比的硬度和弹性恢复相比，普通陶瓷，聚合物和金属。当所有材料的密度均归一化后，压缩gc的强度也比一般使用的材料，如金刚石、碳纤维、碳化硅，强2到4倍。亚博网站下载

压缩玻璃碳的发现有可能取代硅材料，因为它具有可调谐的电气性能，同时也具有所需的机械性能。亚博网站下载这类sp²- sp^3.使其能够在一种材料中结合各种期望的特性，如巨大的灵活性，非凡的比抗压强度，可调的导电性，高硬度，这使其在各种应用中找到它的用途。

参考：

1. “压缩玻璃碳：超自龙和弹性互穿石墨烯网络”M. Hu，J. He，等。亚博老虎机网登录科学的进步。(2017)．DOI：10.1126 / SCIADV.1603213。

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