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近期，由蘇格蘭愛丁堡大學（The University of Edinburgh）、德國拜羅伊特大學（University of Bayreuth）、瑞典林雪平大學（University of Linköping）共同組成的跨國團隊，發現一種幾乎牢不可破且硬度能與鑽石媲美的超堅硬材料。本次團隊的研究成果已發表於《先進材料》（Advanced Materials）期刊中，有望應用於未來的工業領域，並提供許多潛在的價值。
 
當碳和氮的前驅物承受極高的熱和壓力時，會產生一種比立方氮化硼（cubic boron nitride，僅次於鑽石的第二堅硬材料）更堅硬且具有高耐熱性，被稱為「氮化碳」（carbon nitrides）的材料。自1980年代以來，這項突破為應用於工業中的多功能材料打開了一扇窗，包含汽車、太空船的保護塗層、太陽能電池板、光電探測器，皆用得到氮化碳材料。從科學家首次注意到氮化碳的材料特性以來，該領域的研究人員一直試圖更深入地挖掘它的潛力。然而在30多年的研究和合成中，始終沒有出現任何較為可靠的結果。終於在歷經長達數十年的努力後，科學家們解開了一道困擾他們已久的大難題。
 
本次的跨國研究團隊將碳氮前驅物質置於70∼135 GPa（gigapascals，相當於正常大氣壓的100萬倍）的高壓中，同時將此物質加熱到1500℃以上。為了解開這種極端條件下的原子排列，研究團隊還利用了包含歐洲同步輻射設施（European Synchrotron Research Facility）、德國電子加速器（Deutsches Elektronen-Synchrotron），以及美國先進光子源（Advanced Photon Source）等三臺大型粒子加速器，使用強烈的X射線照射樣品。在實驗後，研究人員發現了三種具有超硬結構的碳氮化合物，且這三種化合物即使在常溫常壓下也能保持如鑽石般的超硬特性。經過進一步的計算和實驗，他們發現這些新型材料還具有光致發光、高能量密度等特性，可以在少量的質量中儲存大量能量。
 
團隊表示，這些碳氮化物具有巨大的潛在應用價值與無限可能性，擁有絕佳硬度的新型碳氮化合物可能成為媲美鑽石的終極工程材料，並有望引領材料科學邁向新臺階，為各行各業帶來革命性的創新。

 
新聞來源
1. University of Edinburgh. (2023, December 13). Ultra-hard material to rival diamond discovered. ScienceDaily. https://www.sciencedaily.com/releases/2023/12/231213112513.htm
2. Laniel, D. et al. (2023). Synthesis of Ultra-Incompressible and Recoverable Carbon Nitrides Featuring CN4 Tetrahedra. Advanced Materials, 2308030.