壓強是獨立于溫度和化學(xué)組分之外的第三個變量,可以有效地調(diào)控材料的物理化學(xué)特性。施加壓力可以直接改變凝聚態(tài)物質(zhì)中的原子距離,影響其近鄰原子外層電子間的相互作用,改變電子云分布,進(jìn)而改變物質(zhì)結(jié)構(gòu)和電子態(tài),形成許多具有新奇物理和化學(xué)性質(zhì)的高壓相。同時,壓強可以降低物質(zhì)間某些化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)勢壘,使得更多的新物質(zhì)能夠在高壓的極端條件下合成。部分物質(zhì)甚至在卸壓到常壓時仍能保持動力學(xué)的穩(wěn)定性,成為一種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。這為合成新型材料提供了一個重要的手段。這些高壓相和新物質(zhì)是我們找尋超硬、高能量密度材料和超導(dǎo)等具有優(yōu)越性能的新型功能材料的源泉。超硬材料可作為切削、打磨材料、抗磨損涂層和勘探鉆頭,高能量密度材料（HEDMs）主要用來制作高能炸藥和發(fā)射藥等,在軍事、民用、工業(yè)、科學(xué)研究等領(lǐng)域有重大用途。因此超硬和高能量材料作為有價值的功能材料,吸引了眾多科學(xué)家對它們進(jìn)行深入的探索。超硬材料（維氏硬度超過40GPa）主要分為兩大類。一類是由容易形成方向性良好的強共價鍵的B、C、N、O等輕元素組成的化合物。它們有很好的力學(xué)性能,在高溫下有良好的熱穩(wěn)定性,克服了金剛石這種傳統(tǒng)超硬材料在切割鐵質(zhì)材料時容易與其發(fā)生反應(yīng)... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２：實驗－理論－計算關(guān)系圖示

（轉(zhuǎn)變溫度２０３Ｋ）?［７］。??Ｆ，ｒｉｍ她ＩＴｈｅｏｒｙ??圖１．２：實驗－理論－計算關(guān)系圖示。??高壓科學(xué)是依賴于高壓實驗技術(shù)和條件的，主要分為靜水壓和動態(tài)超高壓。??靜水壓技術(shù)主要是利用機械設(shè)備緩慢擠壓樣品，產(chǎn)生很高的壓強。動態(tài)超高壓??技術(shù)主要是利用極強的沖擊波在固體介質(zhì)中傳播時，使介質(zhì)的壓力、密度、溫??度等物態(tài)參量發(fā)生急劇變化，獲得瞬時超高壓（幾百萬甚至幾千萬個大氣壓）。??早期的靜水壓技術(shù)始于Ｂｒｉｄｇｍａｎ等發(fā)展的大腔體壓機裝置［】］］，能產(chǎn)生ｌＯＧＰａ??左右的壓強。如今較為廣泛的是多面體壓腔，主要是六面體及八面體球分割高??壓裝置。這種多面體壓腔能夠獲得１５－３０ＧＰａ的高壓，金剛石和ｃ－ＢＮ等超硬材??料就是用這種裝置合成的。這種壓機具有自對中性強、造價低、易操作等優(yōu)點

Ｆ?（Ｎ）?Ｘｏｒｄ?（ｎｍ）??圖１．４：在］５ＧＰａ和１８００°Ｃ下合成的納米孿晶ｃ－ＢＮ結(jié)構(gòu)（ａ－ｆ），壓痕法測得納??米孿晶（ｇ）和傳統(tǒng)的ｃ－ＢＮ晶體（ｈ）的維氏硬度［２］。??最為典型的超硬材料就是金剛石和ｃ－ＢＮ，維氏硬度值分別測量為６０－１５０，??４６－８０?ＧＰａ?［２５」。然而它們必須在高溫高壓下合成。金剛石在高溫下容易與鐵、??鈷、鎳等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)［２６］。為克服這些缺點，科學(xué)家們一直致力于尋找??能夠和金剛石相比擬的相對廉價的新型超硬材料。通過研究，人們發(fā)現(xiàn)成鍵態(tài)??的價電子密度、共價鍵的強弱和方向性直接決定著材料的力學(xué)性能（如體彈模??量和剪切模量），從而決定了材料的硬度［２７］。超硬材料通常都具有較高的價電??子密度和良好方向性的強共價鍵。高的價電子密度意味著材料擁有內(nèi)稟的不可??壓縮性，使其具有高的體彈模量；良好方向性的強共價鍵使其具有較強的抗剪??切能力，提高其剪切模量。這些保證了材料很好的抗塑性，從而使其具有高的??硬度。比如，金剛石具有較高的價電子密度（約為０．７０?ｅ－／Ａ３）和強的ｓｐ３雜??化Ｃ－Ｃ共價鍵（鍵長約為１．５４?Ａ）


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