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　　来了新的契机。 潜正在的超硬质料要紧存正在于两个系统： （1）硼（B） 、碳（C） 、氮（N） 、氧 （O）单质及其化合物； （2）过渡族重金属（W、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pt、Pd 等）与轻元素（B-C-N-O）造成的化合物。B-C-N-O 是第二周期相邻的轻元素， 他们有本领造成区别景象的杂化轨道（如 sp、sp2、sp3 等） ，以致它们造成的同 素异形体及化合物的品种极其繁众， 而且具有纷乱的成键类型。 正在良众 B-C-N-O 的质料中，原子间的成键是或许以 sp、sp2、sp3 价态共存的AG九游会官方，这就导致了它们的 物理性子有较大的各项异性，某些特定的晶向恐怕具有好像于金刚石的高硬度， 而某些晶向也恐怕好像于柔和的石墨。这类质料的弹性模量、硬度、光学性情、 带隙宽度、电阻率等物理性子可能根据行使的必要举办合理“剪裁”。系统中化学 成键比值 k（sp3/ sp2）可能用来描摹质料的硬度。k 值越大，则硬度越大。是以， 富含 sp3 杂化轨道的 B-C-N-O 单质或化合物很恐怕成为超硬质料。 铍元素也可能 造成 sp3 杂化键，但因为其具有毒性而必要特地的实习安装实现实习，是以，铍 通常不被商讨行为超硬质料的候选。外面和实习探究发掘，质料的 sp2 杂化键可 以正在高压下转化成 sp3 杂化键， 如： sp2 杂化的石墨正在高温 （1600K） 高压 （15GPa） 的条款下，可能天生 sp3 轨道杂化的金刚石。其它，石墨正在常温高压（ 14GPa） 下，可能改制为 sp3 轨道杂化的新型超硬相。具有 sp3 杂化轨道、键是非、键密 度大、原子罗列致密、离子性小的 B-C-N-O 的单质及其化合物，是寻找超硬材 料的首选。其它，物质的不成压缩性和质料中电子密度有直接的相干，而成键的 强度及偏向性决计质料抵御塑性形变、弹性形变和外界危害的本领。是以，偏向 性极强的共价键和高的电子密度是造成超硬质料的需要条款。 过渡族金属通常都 具有极其高的价电子密度，如 W、Re、Os、Ir 的价电子密度判袂可能到达 0.378、 0.476、0.572、0.636 electrons/ Å3；而轻元素 B-C-N-O 等原子可能造成极端强的 共价键。 自金刚石和立方氮化硼正在高温和高压下获胜合成今后，邦外里的科学家正在寻 找新型超硬质料方面开展了洪量的实习搜索。Solozhenko 等人和 Zhao 等人应用 石墨和六角氮化硼的夹杂物或石墨状的 BC2N 通过高温高压时间， 都获胜合成了 具有立方相的 c-BC2N 晶体， 其维氏硬度达 62 ~ 76 GPa， 纵然小于金刚石的硬度， 却大于立方氮化硼的硬度值，而取代其成为目前第二硬的质料。其它，燕山大学

　　构化合物。立方氮化硼具有优秀的化学坚固性和热坚固性（~1650 K） ，c-BN 正在 很长的时辰内都被以为是硬度仅次于金刚石的物质（Hv = 46-66 GPa） ，可是，它 的硬度远小于金刚石。近年来，以金刚石和立方氮化硼为代外的超硬质料需求量 正在以每年~8%的速率延长。是以，寻找到兼备金刚石的硬度、c-BN 的化学惰性 和热坚固性、 坐蓐本钱低廉的新型超硬质料不断是固结态物理和质料科学界限的 核心题目。 人制的金刚石和立方氮化硼都是正在高温和高压的实习境况下合成的。高压 物理学行为固结态物理探究界限的要紧构成，正在搜索超导、超硬、热电、光电等 新型成效质料等方面都有极端宽广的行使空间。 近年来跟着静高压实习时间的不 断发扬，金刚石压砧时间仍然将静水压的压力延长到了 400 ~ 500 GPa （1GPa ≈ 1 万大气压） 。现目前，高压行为一个有利的“极度条款”，仍然通俗的行使正在探 索常压未曾有过的新征象、新纪律和新质料。高压或许迫使物质内原子间的隔断 变短，进而诱导电荷的从新排布，还可能促使物质产生晶体机合的转移，造成拥 有新性子的新质料。举例来说，单质正在常压下凡是具有简便和高对称性的机合， 如简便立方机合 (simple cublic, sc) 、面心立方机合 (face-centered cubic，fcc)、 体心立方 （body-centered cubic, bcc） 和六角密排机合(hexagonal close-packed, hcp) 等等。高压下，大大都单质都通过着纷乱的机合基因行径，造成众种具有新性子 的高压相质料，如发生金属－绝缘体相变、超硬、超导等希奇征象。 仅正在元素单质中，人们目前就仍然发掘了二百余种高压相变，它们恐怕具有 常压质料不具备的力学、电学、热学、光学等新性子，个中良众高压相质料还能 保存到常温常压条款，被存在和坐蓐通俗地行使。如高压可能使分子型固体产生 解离，进而造成新型的原子相，这对氢能源及其它新型能源质料的探究有要紧的 科学及实蓄志义；高压或许革新质料的力学性情，如柔和的石墨可能正在高压下转 变为目前最硬的质料—金刚石； 高压或许将绝缘体或半导体质料能隙闭合而产生 金属化，兴趣的是，硼、氧、硫等单质正在高压下公然能改制为新型超导质料。据 统计，高压仍然使单质超导体的数目加添了 70%。其它，高压物理学还蕴藏着诸 众令人颇为无意的希奇征象，等候人类去深化搜索。好比迩来科学探究发掘，金 属钠正在 200 GPa 的压强下竟改制成为了透后的宽带隙的绝缘体， 革新了以往学术 界众数以为压力能巩固金属导电性的论断， 为高压物理学的进一步发扬及完整带

　　人类的史籍发扬中，农业、工业和军事等界限都正在不断寻找更硬的质料。原 始社会， 人类应用打制石器和磨制石器行为存在坐蓐的器械， 这个时代被称为“石 器时间”；商周时代，青铜被筑筑成为民用器械和军火，人类进入了“青铜时间”； 年龄战邦从此，人类正在冶炼青铜的根源上逐渐掌管了冶炼铁和钢的时间，“铁器 时间”就到来了，铁器直到现正在仍被通俗的行使；到了正在 20 世纪中后期，以金刚 石和立方氮化硼为代外的超硬质料正在研磨、扔光、切割、涂层等方面，仍然被广 泛行使于板滞筑筑、邦防、医疗用具、航空航天、地质采矿、电子消息等当代化 尖端界限。可能说，人类正在 20 世纪中后期进入了“金刚石时间”。 综上，人类社 会发扬的时间若依据存在、 坐蓐器械的“硬度”来举办划分， 一共通过了四个时间： 即石器时间、青铜时间、铁器时间和金刚石时间。现实上，超硬质料的操纵及研 发秤谌仍然成为量度一个邦度的时间提高和工业发扬秤谌的一个要紧目标。 硬度是外征质料软硬水准的物理量。硬度与质料抵御塑性形变、弹性形变 和外界危害的本领相合，它也可外述为质料抵御残存形变和反危害的本领。硬度 遵照实习丈量的区别方式而被辨别为维氏硬度、 肖氏硬度、 洛氏硬度、 布氏硬度、 莫氏硬度等。维氏硬度（ Hv ）跨越 20 GPa 的质料通常称为硬质质料（ hard materials） ，而维氏硬度（Hv）跨越 40 GPa 的ຫໍສະໝຸດ Baidu料才被称为超硬质料（superhard materials） 。纵然人类不断正在寻找比金刚石更硬的质料，可是正在实习上，金刚石 ，其它，金刚石还 已经是目前已知全数质料中最坚硬的物质（Hv = 60~160 GPa） 是集优异的热学、光学、电学性情于一体的众成效复合质料。可惜的是，自然金 刚石产量少而导致代价极其腾贵，是以，实习和外面职业家都悉力于合成或打算 出硬度能和金刚石相媲美，而坐蓐本钱又很低廉的新型超硬质料。其它，金刚石 还具有较低的热坚固性和较差的化学坚固性（它正在 800-900℃以上，会正在氛围中 燃烧坐蓐二氧化碳，还易与铁族金属元素产生化学反映） ，这正在很大水准上范围 了它的行使空间。 立方氮化硼（c-BN）是正在 1957 年才合成出的新型超硬质料，目前尚未发掘 自然界中存正在自然的立方碳化硼。硼元素和氮元素正在元素周期外中与碳元素相 邻，c-BN 具有与金刚石不异的总电子数和成键方法，是金刚石的等电子和等结