有比金刚石硬度更大的物质吗？

有不少人工合成物质都比金刚石硬度大，例如氮化碳， 资料新近；一种世界上最硬的新材料——氮化碳（β—C3N4）问世，迅速引起全世界科学界和工程技术界的强烈反响和巨大震动。 1993年7月，美国哈佛大学传出轰动性的科技新闻：利用激光溅射技术研制成功氮化碳薄膜。分析表明，新材料具有β—C3N4结构，而具有这种结构的晶体硬度将超过目前世界上最硬的金刚石晶体，成为首屈一指的超硬新材料。

(1)超硬度

分析表明,表征物质硬度大小的体积d性模量B强烈依赖物质的化学键长度.具有共价键结合的β-C3N4结构键长比金刚石短,所以这种材料具有极高的硬度,超过金刚石的硬度.因而可以成为各种工业产品表面的抗磨损涂层,从而大大延长产品的寿命,使众多成品更加完善而耐用.

(2)高热导

经实际测量,超硬共价键β-C3N4材料中的声速比β-Si3N4大20%,这表明氮化碳具有高热导率.利用此特性,至少在两个方面有重要的应用.其一是开发高热导率器件其二是在微电子技术上的应用.特别是在特大规模集成电路中发挥特殊的作用.由于特大规模集成电路一个单片的元器件数目已高达数千万个,因此散热成为不可忽视的问题.利用高热导β-C3N4作为热沉(散热器),可以圆满地把大量元器件散发的热最迅速传导出去,保证以集成电路为核心的各种电子仪器和计算机正常运行.

(3)高稳定

β-C3N4结构中氮元素占4/7,所以,其化学惰性和稳定性比金刚石高,具有比金刚石还要高的耐氧化温度.这对在特殊条件下工作的部件有极重要的应用价值.如高温高压条件下工作的特殊引擎部件,只要在部件表面淀积上一层氮化碳薄膜即可得到有效保护.

(4)巨能隙

β-C3N4晶体的能隙很宽,达到6.3eV(电子伏),比金刚石5.5eV还大.预计可以制备新型激光器件,其波长是以往从来没有达到的范围.又由于这种材料的能隙大小与含氮量有关,所以氮化碳还可以研制新型的可变带隙半导体器件.

(5)非线性

新设计的β-C3N4材料,在结构上C-N键与金刚石的C—C键相类似,而又具有β-Si3N4结构,晶体结构对称性差,因此可以具有很大的非线性光学系数,在光学系统有十分重要的应用前景,固体激光器因受晶体自身的制约,光波长是固定的.为了开拓激光的波长范围,以适应实际技术领域对不同波长激光的需要,利用某些晶体在受到强电磁场作用时产生非线性极化,引起非线性光学效应,可以通过倍频,和频,差频和参量过程,能够得到与入射激光波长不同(颜色不同)的激光.所以具有非线性光学系数的β-C3N4可能是一种能够实现光频变换的新材料.意义重大,有待开发应用.

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