新國發現世上最堅硬物質剋星‧水能“刮傷”金剛石


(新加坡)金剛石是世界上最堅硬的物質,往往用來做切割鑽頭或琢磨成閃閃發亮的鑽石,新加坡一名女博士生在對新興材料石墨烯做實驗時無意發現,原來無堅不摧的金剛石竟能被水“刮傷"。

新加坡國立大學綜合科學及工程研究生院博士生林易萱(26歲)是在研究石墨烯(graphene)的導電性質時取得這個意外收穫,她原本想將薄薄的石墨烯藉著水放到金剛石薄片上,再加熱超過400攝氏度,結果發現金剛石的表面已被水份子蝕刻成一個個孔洞。

這個重大發現為水和有機物質提供融合的可能性,更讓人對材料界新寵石墨烯(graphene)的用途有了新認識。

林易萱對這個“水能穿石"的發現興奮不已,她繼續追蹤,發現原來石墨烯在金剛石表面形成密不透風的泡泡,裹在泡泡裡的水份子在高溫和高壓下,能轉變為超臨界流體(super critical fluid)。

在這樣的狀態下,水既非液體也非氣體,水份子的組成部份——氧原子和氫原子之間的黏合力,或稱鍵(bond)會變得脆弱,比較能跟金剛石中的碳鍵(carbon bond)結合。

簡單來說,就是水份子能溶解金剛石表面,這個發現帶來的啟示是,既然碳是有機物中最重要的組成部份,水在這種情況下也可能溶解別的有機廢料。

成果發表在《自然通訊》期刊

林易萱的成果發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

石墨烯是人們熟悉的鉛筆芯原材料石墨(graphite)剝離層,只由一層碳原子組成六角形蜂巢晶格,相當於一個二維體。這層晶體的厚度只有0.335納米,把20萬片疊在一起也僅一根頭髮絲厚,由於太過微薄,這層晶體須由玻璃或人造聚乙烯片承載。

雖然石墨和金剛石都是純碳物質,但是兩者的碳原子以不同方式排列,石墨柔軟,金剛石堅硬。

石墨烯具各種電子產品所需的性能優點於一身,比如透明、可彎折加導電性高,問題是它難以剝離成單片晶體。(馬來西亞星洲日報)