氮化碳的突破为材料科学的重大进步打开了大门

无论是讨论计算、可持续能源、交通还是其他领域的进步，如果没有材料科学的根本突破，这一切都是不可能的。虽然一些突破可能比其他突破更重要—— 还记得 2023 年中期人们对潜在室温超导体的兴奋吗？？ – 随着所使用的材料变得更轻、更强、更便宜等，每个领域都在促进一系列领域的进步方面发挥着重要作用。

为此，科学家最近成功实现了 30 多年的目标，即用氮化碳制造比钻石更硬的材料。请继续阅读，了解这意味着什么、此类产品的潜在用例，以及如果开发出高效的制造工艺，哪些公司可能会受益最多。

突破

研究题为“以CN为特征的超不可压缩可恢复碳氮化物的合成₄ 四面体” 看到研究人员制造了四种碳氮化合物，

• oP8-CN
• hP126-C₃N₄
• tI14-C₃N₄
• tI24-CN₂

这是通过使用金刚石砧室实现的，将化合物置于极高的压力（72 至 134 GPa）和温度环境（2500 K）下。

令人希望的是，由此产生的化合物据称具有具有强共价键的四面体结构，具有超不可压缩和超硬等特性。此外，它们还展示了各种属性，这些属性可以使它们在各种应用程序中引起兴趣。这些包括，

• 高能量密度
• 压电
• 光致发光​​​​。

这些化合物之所以被认为具有重要意义，是因为它们的硬度可能与钻石相媲美或超过。此类材料的合成以前被认为是理论上的，标志着高压材料科学的重大进步。

体积模量与体积模量莫氏硬度

在这项研究中，发现该化合物的体积模量高达419 GPa。它指出，这与钻石 (446 GPa) 相当，这意味着 “所有四种氮化碳都被归类为超不可压缩材料”。

然而，重要的是要认识到“体积模量”与莫氏标度不同，这两种测量之间存在明显的区别。

批量模数：这是衡量材料抵抗均匀压缩能力的指标，以压力单位表示，例如帕斯卡 (Pa)。它量化了材料的不可压缩程度。较高的体积模量意味着材料更坚硬且可压缩性更小，这表明它可能更硬。

莫氏硬度：这是一个定性和顺序等级，根据相对于其他材料的耐刮擦性对材料进行排名。它的范围从 1（最软）到 10（最难）。莫氏硬度对于比较不同矿物的硬度更加直接和实用，但它不能像体积模量那样提供数字或精确的测量。

简而言之，体积模量是一种更精确的评估材料硬度的方法，而莫氏硬度则通过耐刮擦性间接评估材料的硬度。

用例

了解结果后，就可以更容易地想象这种材料的一些未来应用。合成的氮化碳兼具超硬度、压电特性和光致发光特性，因此可能适合多种应用。

举例说明了与钻石一样坚硬的碳氮化物的潜在应用。

工业应用：其超硬特性使其适用于切削工具、磨料和钻孔设备。它们可以显着提高这些工具的性能和使用寿命。

电子与光电：这些材料的压电和光致发光特性可能有利于开发先进的电子和光电设备，包括传感器、换能器和激光技术组件。

储能系统：鉴于其高能量密度，这些碳氮化物可能被探索用于储能解决方案，从而有可能提高电池或超级电容器的效率和容量。

航空航天与国防：硬度、耐用性和热稳定性的结合使它们在航空航天和国防领域具有价值，适用于需要能够承受极端条件的材料的组件。

医疗技术：氮化碳的生物相容性可以开拓生物医学领域的应用，例如修复术或作为植入物的涂层，以提高耐用性和性能。

显然，这些化合物所表现出的特性使它们非常有趣，尽管目前缺乏大规模的实用制造工艺，但它们为继续研究提供了足够的潜力。

顶尖先进材料科学公司

虽然上述涉及氮化碳的突破很有趣，但只有通过公司（例如下面列出的公司）的努力，才能将其纳入产品中，从而发挥其潜力。

*下面提供的数字在撰写本文时是准确的，并且可能会发生变化。 任何潜在投资者都应该验证指标*

1. 3M公司

3M公司 (MMM -4.57％)

3M 公司以其在不同科学和工业领域的创新而闻名，可以从新合成的氮化碳中受益匪浅。这些材料具有卓越的硬度和耐用性，非常符合 3M 对工业、医疗保健、消费和电子市场先进材料解决方案的关注。特别是，它们的超硬特性可以增强 3M 的磨料和切削工具，而它们的压电和光致发光特性可能会在电子元件和光学系统中得到应用。将氮化碳纳入 3M 的产品线可能会导致开发出更高效、耐用和多功能的材料，从而进一步弘扬该公司的创新传统。

2. 通用电气（General Electric）

GE航空航天 (GE +1.12% )

跨国集团通用电气（GE）也可以从氮化碳的开发中获益。 GE 的多元化产品组合涵盖航空、发电和可再生能源，可以利用这些先进材料彻底改变其产品线。氮化碳的采用标志着GE在技术进步和可持续发展承诺方面迈出了重要一步。

3. 雷神技术

Rackspace Technology，Inc. (接收端 -2.97％)

最后，著名的航空航天和国防公司雷神技术公司可以从最近合成的氮化碳中受益。作为开发航空航天和国防应用先进系统的领导者，雷神公司的兴趣可能在于利用这些超不可压缩、超硬材料来制造高强度、轻质部件。氮化碳的卓越性能使其成为航空航天结构和国防系统的理想选择，这些系统需要能够承受极端环境和操作条件的材料，从而提高雷神公司产品的耐用性和性能。

总结

到达这项研究的重点是一条漫长的道路。三十多年来，科学家们一直追求制造像钻石一样坚硬的氮化碳的目标，这一努力从 1989 年开始。现在这一目标已经实现，它标志着材料科学的一个重要里程碑，现在材料科学的一些焦点发生了变化关于如何大规模重复合成此类材料以用于上市公司提供的商业应用。