北卡罗来纳州立大学的研究人员发现了一种新相的固体碳，称为Q-carbon，这种碳不同于已知的石墨和金刚石。他们还开发出一种技术，利用Q-carbon在室温和大气压力下制备出与钻石结构相关的碳。

相是相同的材料的不同形式。石墨是碳的固体相之一，金刚石是另一种碳的固体相。

北卡罗来纳州立大学的材料科学与工程教授Jay Narayan已经发表了三篇该方向的文章，他说：“我们已经开发出第三种固相碳。这种碳唯一可能发现在自然世界中出现的地方位于一些行星的核心。”

Q-carbon具有不寻常的特征。首先，它是铁磁体，这与其他固体形式的碳明显不同。

Narayan说：“我们甚至认为这是不可能的。”

此外，Q-carbon比钻石更坚硬，可以在低水平能量状态下发光。

Narayan说：“Q-carbon的强度和低功函数，以及可以释放电子的特点对开发新的电子显示技术非常有帮助。”

Q-carbon也可以用来制备各种单晶金刚石结构。为了理解这个道理，你必须首先理解Q-carbon的制备过程。

研究人员从一个衬底（如蓝宝石、玻璃或塑料聚合物）上涂上无定形碳基质，无定形碳与石墨和金刚石不同，是一种无规则、无序的非晶体结构。然后用单个激光脉冲持续大约200 ns。在此脉冲的作用下，碳的温度提高到4000 K(3727摄氏度)左右，迅速冷却。整个操作过程处于大气压力下进行。

最终制备出Q-carbon薄膜，研究人员可以控制该薄膜的厚度为20纳米到500纳米。

通过使用不同的基质和改变激光脉冲的持续时间，研究人员也可以控制碳冷却的速度。通过改变碳的冷却的速度，就可以制备出如金刚石结构的碳。

Narayan说：“我们可以制备出金刚石纳米针或显微探头、纳米点或大尺寸的金刚石薄膜，这些物质可以应用于药物输送、工业过程和高温开关和电子领域。这种金刚石具有单晶结构，比多晶材料坚硬。在室温和大气环境下我们就可以使用激光用于类似激光眼科手术等过程。这不仅打开了碳材料新的应用领域，而且制备过程成本相对较低。”

如果研究人员想把更多的Q-carbon转化为金刚石，可以简单地重复激光脉冲/冷却过程。

如果Q-carbon比钻石还要坚硬，为什么会有人想要用钻石代替Q-carbon呢?这是因为我们对于这种新材料还有很多方面需要了解。

Narayan说：“我们可以制备Q-carbon薄膜，并了解它的属性，但对于它的使用仍处于早期阶段。对于钻石，我们了解很多，所以我们可以制作钻石纳米点。但是，目前我们还不知道如何制备Q-carbon纳米点或显微探头。这是我们努力的方向。”

北卡州立大学已经为Q-carbon和钻石制造技术申请了两个专利。