客观日本

大阪大学确认 “纳米多晶金刚石”实现世界最高强度,采用日本特有技术

2020年11月11日 化学材料

本文根据大阪大学研究成果发布资料编译而成

大阪大学研究生院工学研究科的研究生片桐健登(博士2年级,文科省委托项目特任研究员)和副教授尾崎典雅,与爱媛大学地球深部动力学研究中心的入舩彻男教授等人组成的研究团队,明确了纳米多晶状态金刚石高速变形时的强度。

像石墙那样不留缝隙地挤在一起的多晶材料比相同尺寸的单晶材料强度更高。此次,研究团队将最大数10纳米尺寸的微晶烧结在一起,形成了“纳米多晶”状态的金刚石,然后向其施加超高压力,调查了其强度。实验采用日本国内脉冲输出功率最大的激光XII号激光器进行。观察发现,最大施加1,600万个大气压(地球中心压力的4倍以上)时,金刚石体积缩小至原来的一半以下。

此次获得的实验数据表明,纳米多晶金刚石(NPD)的强度达到了普通单晶金刚石的2倍以上。另外还发现,NPD是迄今为止调查过的所有材料中强度最高的。

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图:纳米多晶与单晶的区别(上),以及实验获得的纳米多晶金刚石的压力-体积关系(下)。研究发现,与单晶金刚石相比,纳米多晶金刚石不容易变形。

高密度合成10纳米尺寸金刚石微晶的纳米多晶金刚石(NPD)是日本特有的技术成果,随着发现纳米晶体间的相互作用会对强度产生显著影响,预计NPD作为超高强度材料受到的期待会进一步提升。

研究团队利用高强度脉冲激光,在数纳秒的极短时间内使合成的密度与单晶相同的NPD发生了高速变形,并通过自主开发的利用光的多普勒效应的高精度观测系统,成功地实时测量了压缩变形特性。由此发现,NPD在高速变形下大约拥有208万个大气压的弹性强度。这个数值是单晶金刚石的2倍以上。NPD与单晶金刚石之间的巨大强度差异表明,在高速变形下,纳米晶粒之间的相互作用变得更加明显。

论文信息
题目:Shock response of full density nanopolycrystalline diamond
期刊:PhysicalReview Letters
URL:journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.185701

研究成果发布资料
编译:JST客观日本编辑部

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