科學家開發出可捕獲物質高壓態的納米“金剛石膠囊”

據8月17日Nature期刊發表內容，北京高壓科學研究中心研究員曾橋石帶領的國際研究團隊合成了一種由金剛石構成的納米膠囊，能夠把物質的高壓狀態永久封存其中。

技術進步通常取決于開發具有所需性能的優質材料，高壓可以極大地改變或調整所有材料的特性，從而為發現具有極其有利特性的新材料提供沃土，但是樣品保留在龐大的壓力容器中，限制了科學研究和潛在應用。很少數的例子如，碳在高壓下轉化為金剛石，常壓下依然能夠保持為金剛石。

科研團隊將玻璃碳（一種多孔碳的無定形形式）與氬氣一起壓縮至50吉帕斯卡（約500000倍大氣壓），并將樣品加熱至3320華氏度。玻璃碳在普通條件下最初是氣密的，在高壓下像海綿一樣吸收氬氣。高壓和高溫條件的應用將碳轉化為金剛石，并將高壓固體氬保持在其孔隙中。普通環境下提取樣品的行為類似于具有許多孤立孔隙的納米晶金剛石復合材料，而這些孔隙正是充滿氬氣的微小金剛石膠囊。

這些鉆石膠囊在氬氣中維持的殘余壓力達到22吉帕斯卡——這大約是馬里亞納海溝底部壓力的220倍。而加壓氬氣樣品用只有納米厚的金剛石鞘密封，使其非凡的性能可用于需要近真空環境的高級分析探針，例如電子顯微鏡。“使用幾個額外的診斷探針來獲得一致的結果是現代物質研究的典型特征。然而，由于壓力容器壁厚，這就是為什么原位高壓研究一直需要高穿透性探頭，例如硬X射線。不幸的是，許多需要近真空環境的強大且多功能的探針，例如電子顯微鏡和真空紫外到軟X射線光譜儀，仍然與高壓科學技術不兼容。”曾喬石博士說。“通過合成NDC，我們提供了一種去除笨重壓力容器的通用方法，同時保持高壓條件和樣品中的高壓行為。我們現在可以使用幾乎所有現代診斷探針來獲取有關原子/電子結構的詳細信息，NDC內部高壓下材料的組成和粘合性質，包括基于透射電子顯微鏡的各種方法。我們對基于NDC的方法可能會令傳統凝聚態研究和應用相媲美的高壓研究感到鼓舞。”曾橋石表示，NDC的概念可以應用到包括氣體、液體、固體各種形態的目標材料，并且可以通過多次合成聚集成大塊高壓態材料，方便日常生活中的實際應用。

來源：粉體圈

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