《万物》——什么玻璃比钻石硬

璀璨夺目、价值连城的钻石，堪称自然界中最坚硬的物质，其本质为一种碳晶体——金刚石。在矿物硬度的莫氏硬度量表中，金刚石高居榜首，莫氏硬度达到10。而与之相比，普通玻璃的莫氏硬度仅为6。然而，近期燕山大学的研究团队成功合成了一种新型玻璃，其硬度超越了所有史前玻璃，甚至能够轻易划破钻石！

实际上，此类玻璃与我们所熟知的普通玻璃存在本质区别。普通玻璃主要由二氧化硅构成，而所谓的超硬玻璃，其化学成分实为碳。它将碳从钻石的晶体结构转变为类似玻璃的非晶体状态，即所谓的“玻璃态”。在晶体中，原子的排列呈现出有序且规律的结构，并具有明确的熔点。相对而言，非晶体内部的原子排列则是混乱无序的，尽管有时会呈现出局部的有序性。这种固体物质缺乏固定的熔点，并且展现出晶体物质所不具备的诸多优异性能。

研究者将由60个碳原子构成的足球状分子——富勒烯晶体置于高温高压的环境中。随着温度的攀升，碳的晶体结构逐渐趋于解体。当温度升至800°C时，碳完全转化为玻璃态。温度继续上升，此时，玻璃态的碳原子从完全无序的状态转变为局部有序的排列，碳原子之间亦开始形成类似金刚石中的化学键。据此，研究者将1000°C、1100°C和1200°C下形成的新型碳玻璃分别命名为AM-I、AM-II和AM-III。

AM-II，诞生于极端高温环境，彰显了其无与伦比的强大实力。在结构层面，其密度之高、局部秩序性之强，堪称翘楚。性能方面，其硬度更是达到了极致：即便在高达70 GPa的压力下，仍坚不可摧，不易破碎。实验中，当研究者用AM-I刮擦金刚石表面时，金刚石表面即刻显现出明显的划痕，这一现象清晰地表明，AM-III的硬度甚至超越了钻石。此外，这款玻璃还展现出卓越的半导体特性。展望未来，它或许能在光伏发电领域发挥重要作用，助力能源革新。

（本文摘自《万物》 它用图文并茂的方式，讲述万物背后运转的科学原理，横跨七大学科，涵盖环境生态、交通运输、工程机械、太空探索、自然科学、历史人文、生物医学等各领域。由世界公认、首屈一指的科普专家创作，内容深入浅出，通俗易懂。杂志构建了权威、系统的知识图谱，将复杂的科学化繁为简，充分满足孩子对世界的好奇，以及全家大小的求知渴望。《万物》杂志订阅 2025杂志订阅 科普杂志 开学季杂志订阅 http://www.zazhipu.com/2021121.html）