長久以來，金剛石（鉆石）一直占據(jù)著“世界最硬自然物質(zhì)”的寶座，任憑科學(xué)家怎么摸索，都找不到比它更硬的材料。然而從去年開始，情況發(fā)生了變化。自從去年法德科學(xué)家做出了接近金剛石硬度的納米材料之后，最近，上海交大的計(jì)算物理學(xué)家從理論上計(jì)算出了兩種世界最硬物質(zhì)的可能，其分別比常規(guī)的立方金剛石硬18%和58%。
　　硬度是金剛石的1.5倍
　　上海交大物理系的孫弘教授說，人類尋找最硬材料尋找了三十多年，投入了很多的資金，卻一直沒有突破金剛石的硬度。
　　去年，一個(gè)法德合作小組做出了立方氮化硼和纖鋅礦氮化硼兩種材料的納米顆?；旌衔铮溆捕冉咏饎偸Ｈ欢?，立方氮化硼這種材料其實(shí)很“軟”，硬度只有金剛石的60%左右，因此，默默無聞的纖鋅礦氮化硼開始引起人們的注意。這種材料屬于亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，在自然界和實(shí)驗(yàn)室中只以少量的微小顆粒形式存在。
　　孫弘介紹，此前有人對(duì)它的硬度計(jì)算忽略掉了正向的壓力這一重要影響，所以計(jì)算并不成功。“受力測試的時(shí)候，材料一般會(huì)經(jīng)受垂直向下的壓力，也有側(cè)面向外推的力，后者的力一般會(huì)把材料破壞掉，但有些材料的垂直壓力會(huì)阻礙側(cè)向壓力。”孫弘說。
　　他與博士生潘梓誠進(jìn)行了同樣的計(jì)算，但考慮進(jìn)了這個(gè)影響，最終從理論上得出結(jié)果，這種材料比已知最硬的立方金剛石還要硬18%。
　　為了進(jìn)行比較，他們還找來了同樣屬于亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)的六方金剛石，相對(duì)于常規(guī)的立方金剛石，六方金剛石也是只能以很小的顆粒狀存在，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它的硬度同樣很高，甚至高于立方金剛石58%！他們的研究得以在最新一期的權(quán)威期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上刊登。
　　超硬材料應(yīng)用廣泛
　　“現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)變成三足鼎立的狀況，”孫弘說，“以前分成實(shí)驗(yàn)和理論兩塊，但理論必須依靠實(shí)驗(yàn)的參數(shù)，現(xiàn)在出現(xiàn)了計(jì)算物理，不需要任何實(shí)驗(yàn)參數(shù)，只要有最基本的元素，就可以在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上，通過大型計(jì)算機(jī)計(jì)算出來。從對(duì)大量已知材料的測試經(jīng)驗(yàn)得知，它算出來的結(jié)果很精確，令人比較信服。”
　　金剛石雖然是最硬的自然材料，但因?yàn)槠涮冀Y(jié)構(gòu)的屬性，在高溫環(huán)境下不穩(wěn)定，很容易與氧產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，與鐵也很容易化合，因此沒法用在很多工業(yè)上。
　　更硬物質(zhì)的出現(xiàn)，意味著工業(yè)和國防的大進(jìn)步。國防上，可以將耐高溫的超硬材料涂在導(dǎo)彈、坦克、鉆地炸彈甚至防彈衣上。在工業(yè)上，有些深海海底鉆井沒法更換，更硬物質(zhì)將提供很大的幫助。如果有更硬的材料，老百姓甚至可以用上不用磨的菜刀。因此，更硬的耐高溫超硬材料在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域都應(yīng)用廣泛。
　　孫弘表示，理論家測試，材料學(xué)家尋找材料，這是一個(gè)循環(huán)過程。雖然，纖鋅礦氮化硼這種材料在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下還很難做出大塊的結(jié)構(gòu)，但至少理論的實(shí)現(xiàn)為實(shí)踐提供了研究方向，各類材料科學(xué)家今后會(huì)想盡辦法地試驗(yàn)這種材料。也許在不遠(yuǎn)的將來，金剛石將真正從“最硬物質(zhì)”的寶座上讓位下來?！?/p>