科学家们发现了一种固态碳的新相，被称为Q-carbon，与已知的石墨和金刚石相不同。他们还开发了一种利用Q-carbon的技术，可在室温和大气压力条件下，制备金刚石相关结构。

来自北卡罗来纳州立大学的研究人员们发现了一种固态碳的新相，被称为Q-carbon，与已知的石墨和金刚石不相同。他们还开发了一种利用Q-carbon的技术，可在室温和大气压力条件下制备金刚石相关结构。

相是指相同材料的不同存在形式。石墨是碳的固态相之一，金刚石是另一种。

“现在，我们制备了碳的第三种固态相，”北卡罗来纳州州立大学的材料科学与工程教授兼描述这项工作三篇论文的第一作者Jay Narayan说。“自然界中唯一可能发现它的位置可能是一些行星的核心。”

Q-carbon具有一些不寻常的特征。首先，它是铁磁性的，而其他固态相不是。“我们甚至认为那是不可能的，”Narayan说。

此外，Q-carbon比钻石更硬，甚至暴露在低水平能量时会发光。

“Q-carbon的强度和较低的功函数，即释放电子能力，使其非常有望用于开发新的电子显示技术，”Narayan说。

但Q-carbon也可以用来制造各种单晶金刚石。为了理解，你必须理解Q-carbon的制备工艺。

研究人员从基底开始，比如蓝宝石、玻璃或塑料聚合物。然后在基底涂上非晶碳，与石墨和钻石不同，没有规则的和确定的晶体结构。然后，用持续大约200纳秒的单脉冲激光轰击碳。在脉冲期间，碳的温度提升到4000 K(大约3727摄氏度左右)，然后迅速冷却。这个操作发生在1个大气压，与周围空气压力相同。

最后制备出一层Q-carbon薄膜，研究人员可以控制该过程，制备出20到500纳米厚的薄膜。

通过使用不同的基底和改变激光脉冲持续时间，研究人员们可以控制碳的冷却速度。通过改变冷却速度，他们能够制备Q-carbon金刚石。

“我们可以制备金刚石纳米针或微米针、纳米点或大面积金刚石薄膜，用于药物输送、工业过程和制造高温开关和大功率电子设备，”Narayan说。“这些金刚石具有单晶体结构，使它们比多晶材料强度更高。都是在室温和大气压下完成，我们基本上使用像激光眼科手术一样的激光。所以，这不仅使我们能够开发出新的应用，而且这个过程本身是相对便宜的。”

同时，如果研究人员想把更多的Q-carbon转变成金刚石，他们可以简单地重复这种激光脉冲和冷却工艺。如果Q-carbon比金刚石更硬，那么为什么想要制造金刚石纳米点而非Q-carbon纳米点呢？因为我们关于这种新材料还有很多需要了解。

“我们可以制备Q-carbon薄膜，并且正在了解它的特性，但仍在处在理解如何操作它的早期阶段，”Narayan说。“关于金刚石我们知道很多，所以我们可以制备金刚石纳米点。但我们还不知道如何制备Q-carbon 纳米点或显微针。这些是我们正在努力做的。”

北卡罗来州立大学申请两个临时的关于Q-carbon和金刚石制备技术的专利。

两篇论文描述了这项工作，皆出由北卡罗莱纳州博士生AnaghBhaumik。“Novel Phase of Carbon, Ferromagnetism and Conversion into Diamond(碳新相，铁磁性和金刚石转变)”将在11月30日《应用物理》期刊在线发表。“Direct conversion of amorphous carbon into diamond at ambient pressures and temperatures in air(在室温和大气压力的无定形碳直接转化为金刚石)”被发表在10月7日的《APLMaterials》期刊。这项工作部分由美国国家科学基金会支持，基金号码DMR - 1304607。

 新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮