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为什么金刚石最坚硬?
为什么金刚石最坚硬?
1913年由英国的物理学家威廉·布拉格和他的儿子用X射线观察金刚石,研究金刚石晶体内原子的排列方式.他们发现,在金刚石晶体内部,每一个碳原子都与周围的4个碳原子紧密结合,形成一种致密的三维结构.这是一种在其他矿物中都未曾见到过的特殊结构.而且,这种致密的结构,使得金刚石的密度为每立方厘米约3.5克,大约是石墨密度的1.5倍.正是这种致密的结构,使得金刚石具有最大的硬度.换句话说,金刚石是碳原子被挤压而形成的一种矿物. 在金刚石的晶体中,碳原子按四面体成键方式互相连接,组成无限的三维骨架,是典型的原子晶体.每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键,构成正四面体.由于钻石中的C-C键很强,所以所有的价电子都参与了共价键的形成,没有自由电子,所以钻石不仅硬度大,熔点极高,而且不导电.
球形的是c60 物质的性质与原子排列方式有关 二金刚石的结构最紧密
好像是球形结构
是因为金刚石的特出结构　　　　原创翻译：龙腾网
翻译：Littleflowers 转载请注明出处　　NewSynthetic Diamonds May Be The Hardest Gems Ever Made　　新的人工合成金刚石可能是史上最硬的宝石　　Diamonds are the hardest naturallyoccurring minerals known to man. Even so, scientists are working to make themeven tougher, in order to use the sparkling gems as tools for cutting.　　钻石是人类已知的最硬的天然矿物。尽管如此，科学家正在尝试让它们变得更硬一点，以便把这些闪闪发光的宝石用作切割工具。　　Now, a team of researchers, led byYongjun Tian and Quan Huang at Yanshan University in China, has created synthetic diamonds that are harder, meaning theyare less prone to deformation and breaking, than both natural and other man-madediamonds.　　现在，由中国燕山大学的田永君和黄权所带领的研究人员制造了更硬的金刚石，与其他天然和人造的金刚石相比更不容易变形和破裂。　　To create these tougher-than-steeldiamonds, the researchers used tiny particles of carbon, layered like onions, and subjected themto high temperatures and pressures. The resulting diamonds had a uniquestructure that makes them more resistant to pressure and allows them totolerate more heat before they oxidize and turn to either gas (carbon dioxideand monoxide) or ordinary carbon, losing many of their unique diamond properties.　　为了合成这些比钢还硬的金刚石，研究人员把微小的碳粒子像洋葱一样层叠起来，置于高温和高压之下。所制得的金刚石有着独特的结构，能够更承受住更高的压力和温度——金刚石被氧化之后会变成气体（二氧化碳和一氧化碳）或者常规碳，从而失去他们特有的金刚石性质。　　First, a bit about diamonds: Gem-quality diamonds are single crystals, andthey are quite hard. But artificial diamonds used on tools are harder still.That's because they are polycrystalline diamonds, or aggregates of diamondgrains called domains, that measure a few micrometers or nanometers across. Thegrains help to prevent the diamond from breaking, as the boundaries act likesmall walls that keep chunks of diamond in place. The smaller the domains are,the stronger the diamond.　　首先，一点关于金刚石的知识：钻石是非常坚硬的单晶体。但是被用作工具的人造金刚石会通常会更硬一点。人造金刚石是多晶体，或者众多钻石微粒的集合，这些微粒被称为畴，尺度从微米到纳米不等。这种微粒起到一种类似于边界的作用，像墙壁一样使得金刚石维持块状结构，从而让金刚石免于解体。　　Tian's team used the onionlikecarbon nanoparticles to make diamonds with domains that are a few nanometers insize and are mirror images of each other. Such "nanotwinned" crystalsare much harder than ordinary diamonds, by a factor of two.　　田永君的团队使用洋葱状的碳纳米颗粒来合成金刚石，这些颗粒只有几纳米大小，形状完全一致。这样“纳米孪生”出来的晶体比任何常规金刚石都坚硬的多。　　The team tested the artificial diamond's hardness by pressing apyramid-shaped piece of diamond into the nanotwinned diamond. Tian's group madea small indentation in their artificial diamond, applying pressures equivalentto nearly 200 gigapascals (GPa) — about 1.9 million atmospheres. An ordinarynatural diamond would crush under just half that pressure.　　他们测试了人造金刚石的硬度——把一个角锥形的金刚石片压入“纳米孪生”的金刚石。田永君的团队在他们的合成金刚石上制造了一个小缺口，在其上施加了200G帕的压力——约等于一百九十万倍大气压。一个常规天然钻石只消上述压力的一半就会碎裂。　　The team also tested how hot thenanotwinned diamond could get before oxidizing. In two different tests, theyfound that the ordinary diamond began to oxidize at about 1,418 and 1,481degrees Fahrenheit (770 and 805 degrees Celsius), depending on the testingmethod. The nanotwinned diamonds didn't oxidize until they reached 1,796 or1,932 F (980 or 1,056C).　　他们的团队也测试了他们的纳米孪生金刚石在被氧化之前能够耐受多高的温度。在两个不同的测试中，他们发现常规金刚石在大约华氏度上下开始氧化（770和805摄氏度，基于不同的测试方法）。纳米孪生的金刚石直到1796或者1932华氏度才开始氧化（980和1056摄氏度）。　　But not everyone is convinced bythese results. Natalia Dubrovinskaia, a professor ofmaterial physics at the University of Bayreuth in Germany, said she doesn'ttrust the pressure tests. If what Tian's group is reporting is true, theindenter should have broken, because the material of the indenting tool is notas hard as the nanotwinned diamond, she told Live Science inan email.　　然而不是每个人都信服他们的结果。德国拜罗伊特大学的材料物理教授NataliaDubrovinskaia在回复《生活科学》网站的邮件中称她不相信这个压力测试。如果田永君团队的研究是真实的话，那么硬度计的压头应该已经破裂了，因为那上边的材料没有纳米孪生金刚石那么坚硬。　　Tian disagreed with Dubrovinskaia'sassessment of the indenter. He said that it is possible to measure pressure onthe nanotwinned diamond because the indenter was pushed from a verticalposition and the amount of shearing force on it wasn't enough to damage it.　　田永君不同意Dubrovinskaia的意见。他表示那个压力测试是完全可能的，因为硬度计的压头是垂直挤入的，在这个位置上剪力不足以毁坏它。　　Tian and Dubrovinskaia have"sparred" last year, the Yanshan lab said it demonstrated asimilar phenomenon, making a form of ultrahard cubic boron nitride. At thetime, Dubrovinskaia voiced similar concerns.　　田永君和Dubrovinskaia之前就已经有过争论。去年，燕山大学的实验室称他们制造的纳米孪晶立方氮化硼也有类似的性能，Dubrovinskaia表示了同样的怀疑。　　Tian, meanwhile, stands by his work."Indentation hardness of any material can be measured reliably using [a]diamond indenter when the indenter axis is exactly perpendicular to the smoothsurface of [the] tested sample," he said.　　于此同时，田永君坚持他们工作成果的正确性：“当压入角正好垂直于测试样本的表面的时候，任何材料的压入硬度都可以用一个金刚石压头可靠的测量出来”。　　Another scientist, Ho-Kwang Mao, ofArgonne National Laboratory in Illinois, thinks Tian' he notedthat an indenter could reliably measure the hardness of materials much harderthan itself.　　另外一名科学家，伊利诺伊州阿贡国家实验室的Ho-KwangMao认为田永君的研究是可靠的。他也发现一个硬度计压头可以准确的测量比它本身硬得多的物质。　　In addition, the novel part of thework is that such a hard material has been created in a way that can be readilyreproduced. "They created a bulk material," Mao said. "Theysucceeded in making this and making it harder than diamond — that'snovel."　　此外，这个研究的新颖之处是这种坚硬的材料可以非常方便的制造。“他们造出了一大堆这种材料”，Ho-Kwang Mao说，“而且这种材料比金刚石还要坚硬——这就是新颖之处”　　The new study is detailed in theJune 12 issue of the journal Nature.　　这个研究发表在六月十二号的《自然》杂志上。
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　　燕山大学？　　如果是真的，替祖国高兴　　加油
　　这种帖子JY不会进来，所以注定不会火
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详解大数据
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科学家重大发现 钻石不再是世界最坚硬的物质
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　　科学家重大发现 钻石不再是世界最坚硬的物质
　　长久以来，人们认为世界上最坚硬的物质是钻石，近来科学家发现了一种比钻石更加坚硬的物质――“立方体氮化硼”。
　　这种透明晶体的维氏硬度达到了108G帕，钻石的维氏硬度为100G帕。这种坚硬物质的奥秘来自于它的纳米微观结构，就像洋葱一层层折叠而成，又像俄罗斯套娃层层嵌套在一起。当置于1800摄氏度和150亿帕(68000个大气压)的条件下，氮化硼就能形成这样的结构。
　　科学家发现“立方氮化硼”比钻石还要坚硬，其维氏硬度达到了108G帕。
　　通常情况下，为了使物质更加坚硬，科学家设法减小晶体中颗粒的大小。但是这种方法并不是一直奏效：当颗粒物的尺度缩小到10纳米尺寸以下的时候，其内在的结构缺陷几乎和颗粒一样大，反而削弱了结构的强度。
　　“立方体氮化硼”有着优良的热稳和化学稳定性，硬度比钻石大。这种超硬物质在机械、钻探、研磨以及切削等领域有着非常广泛的应用。
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