日本造出比钻石更硬的人工钻石

日本筑波大学(University of Tsukuba)的研究人员通过电脑计算，设计出一种比钻石更坚硬的新型碳基材料。发明者把它叫做“五角钻”(pentadiamond)。 

 

很久以来，人们都认为钻石是*坚硬的材料。碳原子构成多种同素异形体，包括石墨、碳纳米管等。各种材料的机械属性，包括硬度，主要取决于内部原子之间的绑定方式。 

 

普通钻石内，每个碳原子与相邻的四个原子组成共价键。化学家把这种结构叫做sp3混成。碳纳米管与其它一些碳基材料，每个碳原子组成三个绑定，称为sp2混成。 

 

筑波大学的研究人员探索了这两种混成结构兼有的复杂结构。“由于网络内的大量组合和排列方式，既有sp2混成原子又有sp3混成原子的碳材料形态更广泛。”这份研究的**作者藤井靖(Yasumaru Fujii)说。 

 

研究人员使用密度泛函理论(DFT)算出*稳定的原子结构，并估计它的硬度。 

 

化学和固态物理学广泛使用密度泛函理论预测材料的结构和特性。可是要追踪样品中所有电子的量子态，特别是它们之间的相互作用，通常很困难。密度泛函理论使用近似模拟，聚焦于绕行原子的电子在轨道空间上的*终密度。这简化了计算，使其既够精确，又是电脑可以完成的任务。 

 

研究人员算出“五角钻”的硬度达到1700 GPa，普通钻石只有1200 GPa。 

 

合作研究者丸山美奈(Mina Maruyama)说：“五角钻比普通钻石更坚硬，可是密度却低很多，和石墨差不多。” 

 

研究人员表示，这项发明展示了利用电脑从零开始设计材料的实力。 

 

除了在工业切割上的应用，研究人员称，这种材料也可用于钻石对顶砧。这种设备利用两个钻石平面相互挤压，产生极高的压力，模拟极端条件从事研究。 

 

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