據(jù)8月17日Nature期刊發(fā)表內(nèi)容，北京高壓科學(xué)研究中心研究員曾橋石帶領(lǐng)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)合成了一種由金剛石構(gòu)成的納米膠囊，能夠把物質(zhì)的高壓狀態(tài)永久封存其中。

論文地址：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04955-z

具有嵌入基質(zhì)中的高壓氬納米域的納米結(jié)構(gòu)金剛石膠囊 (NDC)示意圖

技術(shù)進(jìn)步通常取決于開發(fā)具有所需性能的優(yōu)質(zhì)材料，高壓可以極大地改變或調(diào)整所有材料的特性，從而為發(fā)現(xiàn)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(xué)研究和潛在應(yīng)用。很少數(shù)的例子如，碳在高壓下轉(zhuǎn)化為金剛石，常壓下依然能夠保持為金剛石。

科研團(tuán)隊(duì)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(yīng)用將碳轉(zhuǎn)化為金剛石，并將高壓固體氬保持在其孔隙中。普通環(huán)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(fù)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(dá)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(huán)境的高級(jí)分析探針，例如電子顯微鏡。“使用幾個(gè)額外的診斷探針來獲得一致的結(jié)果是現(xiàn)代物質(zhì)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(huán)境的強(qiáng)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(xué)技術(shù)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(shí)保持高壓條件和樣品中的高壓行為。我們現(xiàn)在可以使用幾乎所有現(xiàn)代診斷探針來獲取有關(guān)原子/電子結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，NDC內(nèi)部高壓下材料的組成和粘合性質(zhì)，包括基于透射電子顯微鏡的各種方法。我們對(duì)基于NDC的方法可能會(huì)令傳統(tǒng)凝聚態(tài)研究和應(yīng)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(yīng)用到包括氣體、液體、固體各種形態(tài)的目標(biāo)材料，并且可以通過多次合成聚集成大塊高壓態(tài)材料，方便日常生活中的實(shí)際應(yīng)用。

采訪內(nèi)容參考自timetotimes.com

編譯整理 YUXI

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