尊爵不凡碳材料，科學家新合成打不碎的超硬玻璃
碳是一多功能元素，其形成穩定結構的能力無與倫比，比如最近材料學家便透過加熱加壓巴克球（一種完全由碳組成的中空分子），合成出一種打不碎、類似鑽石的新型玻璃。
從石墨烯、奈米碳管到金剛石，碳以各種不同原子排列形成許多穩定但又具不同特性、外表、硬度、電導率的結構，有些結構呈重複圖案，比如鑽石；有些則像玻璃一樣無序，比如無定形碳（Amorphous carbon）。
而碳原子和其共價鍵可以形成一維、二維或三維原子網格，這決定了材料最終硬度，比如奈米碳管（Carbon Nanotube，CNT）通常是一維量子材料，石墨烯（Graphene）是僅 1 個碳原子厚度的二維片狀材料，鑽石中每個碳原子以四面體狀與另外 4 個碳原子鍵合，形成一個三維密鋪網狀的均勻結構。
在這當中，合成具三維鍵的無定形碳材料是科學家長期追求的目標，最好的方法是找到恰當原材料，然後透過加壓進行轉化，比如對石墨施加壓力會得到鑽石，而鑽石本身似乎又可以作為鑽石玻璃的起點。
然而鑽石的熔點太高，因此科學家希望可以找到一種加壓前先呈現無序結構的碳形式——卡內基科學研究所團隊最近在富勒烯（Fullerene）、俗稱巴克球（Buckyball）找到這種特性。
▲ 卡內基科學研究所合成鑽石玻璃。（Source：卡內基科學研究所）
巴克球是一種由 60 個碳原子組成的空心球狀碳分子，因類似足球而得其名，當處於強烈壓力和溫度下，巴克球會坍塌成無序排列的玻璃，然而經過加壓後，卻可以合成出保留類鑽石的有序結構。
經分析鑑定，這種新型玻璃硬度約 102GPa，比天然鑽石高，但略低於前陣子製造的 AM-III 碳纖維，後者硬度高達 113 GPa，是目前已知最硬的玻璃。但最重要的是，新型鑽石玻璃可在 900～1,000℃ 溫度下合成，當前工業製造設備能輕輕鬆鬆處理此條件，讓大規模生產目標趨於現實。
新論文發表在《自然》（Nature）期刊。
（首圖為巴克球分子結構，來源：shutterstock）