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新材料是硼氮納米化合物,這意味著它由只有數個納米尺度的硼氮晶粒構成,而非連續的晶體。盡管之前科學家報道過這種材料,但是硼氮化合物在高溫下很不穩定,在工業上這是一個主要缺陷。
德國Heidelberg大學和Bayreuth大學的Natalia Dubrovinskaia說:“最大的突破在于,這種堅硬的材料同時很穩定,因此可用于切割以及鉆孔。” Dubrovinskaia是發表在3月8日的《Applied Physics Letters》上文章的第一作者。
對于很多由晶粒構成的材料而言,都存在一個最佳晶粒大小,這一大小通常在納米范圍內。沿著這一思路,Dubrovinskaia和同事對一系列的多晶和納米晶體硼氮化合物進行了很多實驗。其中包括測量樣品的“維氏硬度”,對于很硬的材料來說,其值一般在數個GPa左右,而單晶金剛石的硬度是大約100GPa。
Dubrovinskaia小組發現的最硬硼氮化合物硬度達到了85GPa,其晶粒大小為14納米,在1600K溫度下仍然保持熱穩定。這一材料的硬度來源于兩方面:納米尺度大小的作用以及兩種相組成。在這之前,已知硬度最接近金剛石的物質是立方氮化硼,一種維氏硬度50GPa的單晶相。它和金剛石之間還有50GPa的差距。
Dubrovinskaia說:“這一差距已經通過調整晶粒的大小和組成結構得到了填補。它們無疑將在工業上起到極其重要的作用。”
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