科學家發現新碳相，常溫下可以造鑽石

北卡萊羅納州立大學的研究人員們已經發現了一種名為Q-carbon的新碳相，它與人們已知的碳相石墨和金剛石不同。同時研究人員們還研發出了一種技術，能夠在常溫常壓下利用Q-carbon做出與金剛石相關的結構。相(在物理學上有時也稱作物態)是同一材料的不同形式。石墨是碳的固體形態之一，金剛石則是碳的另外一種固體形態。北卡萊羅納州立大學材料科學與工程方面傑出的客座教授JayNarayan表示：「現在我們創造出了第三種固相碳。在自然界中我們唯一可能找到它的地方是某些星球的內核。」Q-carbon擁有一些非凡的特性。比如它有磁性，這是其它固體形態的碳不具備的特性。Narayan說：「我們甚至都沒想過它還有這個特性。」另外，Q-carbon比金剛石更堅固，當它接觸到極低的能量時還會發光。

Narayan說：「Q-carbon的強度及其低功函數(把一個電子從固體內部剛剛移到此物體表面所需的最少的能量)，使得它在研發新型電子顯示技術方面具備極大前景。」Q-carbon也能被用來創造一系列單晶金剛石物體。為了更好地理解這一點，讓我們來看看Q-carbon的製作過程。研究人員們先選擇一種基質(比如藍寶石、玻璃和工程塑料)，接著他們給基質塗上一層非晶碳(這種碳元素不同於石墨和金剛石，它沒有常規的、固定的晶體結構)。之後他們利用單束激光脈衝轟擊非晶碳，持續時間約200納秒。在此期間，非晶碳的溫度會上升至4000開氏度(約3727攝氏度)，之後它會快速冷卻。該操作在常壓條件下進行。結果就是基質被塗上了一層Q-carbon，研究人員們利用這一過程製作出來的塗層厚度在20納米至500納米之間。

研究人員們通過利用不同的基質並改變激光脈衝轟擊非晶碳的時間，還能夠控制碳冷卻的速度。他們能通過改變碳冷卻的速度在Q-carbon中創造金剛石結構。

Narayan說：「我們能夠創造金剛石納米針、微針和納米點，當然還有大面積的金剛石塗層，這些在藥物運輸、工業生產過程以及創造高溫開關和電力電子方面有極大應用。這些金剛石物體擁有一種單晶體結構，使得它們比多晶體材料更堅固。另外Q-carbon在常溫常壓下即可完成，因此它不僅有新的用途，製作它的過程也相對廉價。」此外，如果研究人員們想要將更多的Q-carbon變成金剛石，他們只需簡單地重複激光脈衝/冷卻過程即可。

如果Q-carbon比金剛石更堅硬，為何還會有人想要製作金剛石納米點而不是Q-carbon納米點呢？因為我們對於這種新材料的了解依舊太少。

Narayan說：「我們能夠製作Q-carbon塗層，我們也正在了解它的特性，但我們對它的了解依舊處於早期階段。我們對金剛石非常了解，因此我們能製造金剛石納米點。我們尚不清楚該如何製作Q-carbon納米點和微針。這是我們正在研究的東西。」北卡萊羅納州立大學已經申請了Q-carbon和金剛石製作技術的專利。

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