碳具有石墨、金剛石、富勒烯、碳納米管、石墨烯等多種同素異形體,石墨在高壓下可直接轉變成超硬金剛石。對于這種高溫高壓截獲的亞穩相,其晶體結構與初始前驅體結構、壓力溫度條件以及加載或卸載方式密切相關,為探索新奇碳材料提供了機會。
亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室(燕山大學)田永君教授、趙智勝教授等人與國內外科學家合作,以玻璃碳為初始原料,利用高壓配合較溫和的溫度條件合成了一種新型碳的同素異形體。其保留了玻璃碳的一些結構特征,故被命名為“壓縮玻璃碳”。
壓縮玻璃碳是一種新型碳材料,具備石墨和金剛石的成鍵特征,是一種由sp2和sp3組成的混合雜化物,具有奇異的性能,密度和導電性與石墨相近。其壓縮強度明顯高于金屬和陶瓷材料,比強度是碳纖維、聚晶金剛石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上。其硬度與寶石相當,可刻劃碳化硅單晶。其局部變形的壓入彈性恢復率在70%以上,明顯高于金屬和陶瓷材料,甚至高于形狀記憶合金和有機橡膠。壓縮玻璃碳集輕質、超強、高硬、高彈和良好導電性于一身,在軍事和航空航天等領域具有潛在的應用前景。
該研究確立了性能組合碳基塊材路線圖,相關成果于2017年6月9日在國際學術期刊Science Advances上發表。