圖中模擬出作為最初原料的C-60布基球的結構（左圖）和M-二甲苯溶劑（藍色），還有它的超硬形態(tài)（右圖），即在金剛石壓槍內部被超過(guò)40萬(wàn)大氣壓擠壓后的樣子。雖然被擠壓的布基球是無(wú)定形的，但溶劑保持材料的遠距離晶體秩序。圖片由王林提供，華盛頓卡內基研究所
鉆石表面的光學(xué)顯微照片顯示的兩個(gè)“環(huán)裂”的凹痕（洋紅色箭頭），這是它被用來(lái)壓縮近33萬(wàn)大氣壓下的碳基球/二甲苯材料后留下的。這些凹痕表明，粉碎材料是“超硬”的，也就是說(shuō)，這種材料幾乎和鉆石一樣堅硬。
卡內基研究所的王林領(lǐng)導的一組研究人員，觀(guān)察到一種新形式的超硬碳簇，其中同時(shí)存在結晶性和無(wú)序性的結構組合，這是不同尋常的。這項發(fā)現在機械、電子、電化學(xué)使用等領(lǐng)域具有潛在應用價(jià)值。這項研究工作發(fā)表在8月17日的《科學(xué)》雜志上。
碳是宇宙中第四大豐富的元素，呈現出各種各樣的形式——蜂窩狀的石墨、做鉛筆芯的石墨、鉆石、圓柱型的碳納米管、空心球狀的富勒烯等等。
一些形態(tài)的碳是晶體狀的，說(shuō)明碳晶體的結構是由重復的原子單元組成。還有一些碳結構是無(wú)序的，這說(shuō)明這種結構缺少長(cháng)距離晶體性的秩序。結合晶體性和無(wú)序性元素的混合結構先前并沒(méi)有被觀(guān)察到過(guò)，盡管科學(xué)家們相信這種結構可以被創(chuàng )造。
王林的研究團隊——包括卡內基研究所的楊文革、劉振賢、斯坦尼斯拉夫·新奧節根和孟玥，他們開(kāi)始于一個(gè)C-60網(wǎng)狀結構的物質(zhì)，它由高度集成化的碳基球粘合在一起，這種碳基球是中空的圓形，由五邊形和六邊形環(huán)構成。此外，將有機二甲苯溶劑放入球之間的空隙，形成了一個(gè)新的結構。然后，他們通過(guò)對此結構施加壓力，觀(guān)察它隨外界條件如何變化。
在相對較低的壓力下，C-60網(wǎng)狀結構能夠保存。但是隨著(zhù)壓力的增加，網(wǎng)狀結構開(kāi)始崩塌成更多無(wú)定形的碳簇。然而無(wú)定形的結構依舊占據它們原先的位置，形成了晶格結構。
該研究小組發(fā)現，有個(gè)狹窄的壓力范圍，大約32萬(wàn)倍的標準大氣壓，在這個(gè)壓力范圍內，這種新型碳結構將被創(chuàng )造出來(lái)，即使外施壓力消失也不會(huì )恢復原狀。這將是尋找能夠實(shí)際應用新材料的關(guān)鍵。
這種材料能夠在高壓條件下使鉆石產(chǎn)生凹陷。這說(shuō)明這種材料是超硬的。
如果用來(lái)制成新形態(tài)碳的溶劑二甲苯被熱處理移除，這種材料便失去其晶格的周期性。這說(shuō)明溶劑對于維持基礎架構的化學(xué)過(guò)渡很重要。正因為有許多相似的溶劑，從理論上講，它是一個(gè)類(lèi)似但卻是不同的，碳晶格可以用施加壓力的方式建構。
“我們制造出了一種新型的碳材料，它可以與鉆石相媲美，不能被壓縮，”王林說(shuō)，“一旦它在特殊壓力下被制造出，并可以在正常條件下存在，說(shuō)明它有實(shí)際應用的價(jià)值”。