卡內基大學的Li Zhu和Timothy Strobel預測併合成了一類具有可調機械和電子性能的「超級鑽石」碳基材料。
一種材料的性質是由它的原子如何結合以及這些結合所產生的結構安排所決定的。
例如，對於碳基材料來說，鍵合的類型決定了金剛石的硬度(具有三維「sp3」鍵)和石墨的柔軟度(具有二維「sp2」鍵)。
儘管碳化合物種類繁多，但目前已知的三維sp3鍵合碳基材料屈指可數，包括鑽石。
三維鍵合結構使這些材料由於其強度、硬度和導熱性等一系列特性，對許多實際應用非常有吸引力。
Strobel解釋說:「除了鑽石和一些含有額外元素的類似物外，幾乎沒有其他的擴展sp3碳材料被創造出來，儘管有許多預測認為這種鍵合結構有可能被合成。」
「根據化學原理，向結構中加入硼可以增強其穩定性，我們研究了另一種3d鍵合的碳材料，稱為籠合物，它具有晶格結構，可以困住其他類型的原子或分子。」
Strobel、Zhu和他們的團隊通過計算和實驗相結合的方法來解決這個問題。
Zhu說:「我們使用先進的結構搜索工具，預測了第一個熱力學穩定的碳基籠合物，然後合成了籠合物結構，它是由碳硼籠組成的，可以在高壓和高溫條件下捕獲鍶原子。」
其結果是一個三維的、以碳為基礎的框架，結構類似鑽石。但與鑽石不同的是，困在籠中的鍶原子使材料金屬化(即導電)，並具有高溫超導的潛力。
更重要的是，籠合物的性質可以根據籠內客體原子的類型而改變。
「被捕獲的客體原子與宿主原子之間有強烈的相互作用，」Strobel說。
根據特定的客體原子的存在，籠合物可以從半導體調整為超導體，同時保持堅固的類金剛石鍵。
「考慮到大量可能的替代品，我們設想出一種全新的碳基材料，具有高度可調的性能。」
原文出處：
https://knowridge.com/2020/01/scientists-create-new-superdiamond-carbon-based-materials/，Scientists create new superdiamond carbon-based materials，作者：Carnegie Institution for Science