中国科学家造出世界最硬玻璃，比钻石还硬，可以直接划破钻石

说到世界上最硬的物质，可能很多人的第一反应是金刚石，也就是我们平时所说的钻石。由于天然钻石难以开采，物以稀为贵，所以价格也比较高昂。在公元前4个世纪，钻石就被当作宝石或者护身符，而有限的钻石产量仅仅能够满足少数富裕阶层。

在1947年，戴比尔斯公司创作出经典广告语'钻石恒久远，一颗永留传'，让钻石成为永恒承诺的象征，代表着爱情的钻石，走向国际市场。

坚硬的金刚石其实不算硬

金刚石的主要成分是碳，碳的最外层有四个电子，外层电子会发生sp3杂化形成四个杂化轨道，不同碳原子形成的杂化轨道会形成共价键，构成四面体结构。钻石中就是由无数个这种类型的四面体构成，由于四面体结构非常稳定因此也就导致金刚石的硬度非常大。

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我们知道物质中的原子如果是有序排列的，这种物质就被称为晶体。由于晶体的排列是规则的，从不同的角度划分，原子之间可以形成不同的晶面，而不同类型晶面之间的化学键会存在差异（例如化学键类型、键角等），因此晶体在不同方向上就存在不同的性质，我们这把这个称为晶体的各向异性。

钻石同样属于晶体结构，因此也存在各向异性。我们平时感受到钻石坚硬，主要是由于人们在设计钻石形状时就下足了功夫，他们会将金刚石承受力学强度最大的方向设计成最容易受到外界压力的方向，因此才使得钻石的强度如此之大。但只要我们朝着最脆弱的晶面进行高强度的压迫或者进行冲击，同样也会直接将钻石压碎。所以别以为钻石是自然界最硬的东西，就尝试拿铁锤去敲击，如果你运气好恰好砸在金刚石脆弱的晶面上，那么可能不仅是钻石会碎，你的心也会碎一地。

金刚石结构中某一脆弱的晶面

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被压爆的钻石

比钻石还强的玻璃

由于晶体的各向异性无法避免，那么科学家们就想办法制造在各个方向上性质都一致的材料，非晶体就具有这种性质。

非晶体是指结构无序或者近程有序而长程无序的物质，组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体，它没有一定规则的外形。这种没有规则结构的无序态也被称为玻璃态。

由于玻璃体内部的原子结构是杂乱无章的，因此从统计学的角度看，在各个方向上的结构都趋于一致，因此不同方向上的性质也完全一样，也被称为各向同性。我国科学家此次制造的这个高硬度材料突破角度也正是如此。

这项研究成果发表于《国家科学评论》（NSR）杂志的研究中，来自燕山大学的田永军研究团队所制造的这种全新的玻璃材料——不仅硬度超过了金刚石，并且具备金刚石不具备的韧性，以及半导体特性。

该团队制造这种玻璃的原材料为富勒烯（C60），它与钻石的成分一样，都是由碳元素组成。但C60中的碳元素为sp2杂化，形成三个δ键以及一个大π键，三个对称的δ共价键相互连接形成了一个球形结构。

C60

当温度和压强足够大时，可以使碳元素的sp2杂化向sp3杂化转变。燕山大学的田永君团队就是利用这个性质，在高温高压条件下将C60结构破坏，使部分碳原子形成sp3杂化，在局部形成四面体结构，这个过程相当于破坏了原来有序的晶体结构，形成了新的无序态玻璃状结构。

该科研团队以C60为原料，使用了多种温度制造这种玻璃态碳材料，发现在1200℃时形成的sp3杂化程度最高、最为致密。通过对该条件下制备的玻璃进行硬度测试，维氏硬度（HV）高达~113GPa，可以刻划维氏硬度为103GPa的单晶金刚石晶面。

除了超高的硬度之外，该玻璃材料的强度也可以与金刚石相媲美：这种材料的表面能承受高达~70GPa的压力而不会出现裂痕。这是迄今为止发现的最硬、最强的玻璃态的碳。

这个研究成果使人们对玻璃有了更深一步的了解，未来玻璃材料在一些方面完全可以媲美晶体材料，并且该材料能带间隙大小适中，可作为半导体材料使用，未来或许在半导体领域能够有一定的应用价值。