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我知道誰比較硬

2011/02/08 | |

Original publish date:Jul 24, 2003

編輯 tslim 報導

中國大陸的科學家以物質的電離度為基礎,精確地導出了描述物質硬度的公式。利用這公式,他們準確地算出了很多物質的硬度,包括最近才被合成成功的超硬物質。

硬度是物質的巨觀性質,在微觀的尺度裡很難找到適當的對應,因此並沒有一個比較基礎的理論可以告訴一個材料科學家哪一種排列的原子結構可以造成比較大的硬度。

而電離度(ionicity)是原子間的鍵結的一個很重要的性質,在共價物質中,每對原子共用一對電子,而在極性共價物質中,有一個原子對電子的吸引力比較大,造成鍵的不對稱。比較極端的情況就是離子物質,某一顆原子帶走了所有的電子,因此兩顆原子是以它們間的靜電力吸引在一起,這種鍵叫離子鍵。電離度可以描述電子的共用程度,共用程度大,如共價鍵,電離度就比較低,而離子鍵的電子共用程度小,因此有比較大的電離度,

中國大陸燕山大學的科學家將焦點放在共價及極性共價物質上,他們假設物質的硬度所描述的是化學鍵的結合強度,也就是說若在物質表面上有越多的鍵結那麼這個物質的硬度就比較高,因此較短且較密的化學鍵就會形成較高的硬度,所以較硬的物質就會有較低的電離度,這和很多之前的研究結果吻合,因為一般共價鍵是比離子鍵還要強韌的。

他們使用上述的原理再加上一個三十年前就發展出來的以電子描述物質的形變的理論,他們得到了一個以電離度,鍵長及鍵上的電子數為變數的硬度公式。另外他們並運用了十一種已知的物質作為校正,找出了在這個方程式的兩個參數的最佳值,由這個最後得到的方程式,他們準確地算出了很多物質的硬度,還包括了一個原子結構都還尚未確定的超硬物質。

原始論文:
Hardness of Covalent Crystals Faming Gao, Julong He, Erdong Wu, Shimin Liu, Dongli Yu, Dongchun Li, Siyuan Zhang, and Yongjun Tian, Phys. Rev. Lett. 91, 015502 (2003)

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