说起最硬的物质，大家脑海里会浮现出什么呢？大概率会是昂贵的钻石吧。规律性排列的晶体结构赋予了钻石坚硬的品质，但它在硬物撞击下也容易发生碎裂。而看似没有规律的玻璃态则在小范围内具有独特的秩序性。利用可调变的秩序性，中国科学家创造出了最硬的玻璃，它甚至可以划伤钻石，还不易碎裂。

　　金刚石虽硬却脆

　　在150千米深的地球内部，部分坚硬的岩石早已在高温高压下熔化。这里的温度超过1000℃，压力更是相当于地表的5万倍。在犹如炼炉的环境中，经过数亿年的时间，平淡无奇的六边形石墨晶体逐渐转变成了晶莹剔透的天然金刚石（钻石）——自然界最坚硬的物质。

　　金刚石极其坚硬的原因在于其分子结构。它牢固而紧密的立体结构，赋予了金刚石极高的硬度。并且，由于金刚石中没有自由电子，这种特殊的晶体结构使得金刚石不具导电性。

　　虽然金刚石的硬度在自然界可谓无敌，但却有可能在遇到硬物撞击时出现碎裂。事实上，对于超硬晶体材料来说，硬度和韧性往往不可兼得。

　　在材料领域，一个与“晶体”相对应的概念是“玻璃”。与有序的晶体相反，玻璃态即非晶体材料，与晶体不同，它具有相对无序的结构，这不禁让科学家们开始思考：这种具有一定秩序的混乱结构会呈现什么意想不到的性能？

　　最近，来自燕山大学的研究团队就以此研制出了一种全新的玻璃材料，它的硬度不仅超过金刚石，还具备金刚石不具备的韧性，以及半导体特性。

　　最强最硬的玻璃

　　其实，研究人员早在2013年就已经合成出一种硬度超过金刚石的纳米孪晶立方氮化硼。而在最新的研究中，研究团队使用的原材料是富勒烯（C60）。富勒烯的碳原子结构规整，具有高度的对称性。因此，在800℃下，5GPa的压力就足以破坏富勒烯高度对称的结构。

　　研究团队利用了富勒烯的这一性质，他们希望在合适的高温高压条件下瓦解富勒烯的晶体结构，而将其解构的目的就是要再次重建，以得到结构无序、不“完美”的玻璃态。为此，他们选择在25GPa的高压条件下不断升高温度。随着温度的升高，规整的晶体结构逐步瓦解，在800℃时就可以由晶体结构完全转变为玻璃态。

　　此后，伴随着温度的进一步升高，意想不到的变化出现了。在1000℃时，材料在X射线衍射光谱中不再显现出类似于石墨的结构特征峰，而是出现了对应于金刚石晶面的宽衍射峰。这一点完全不同于以往合成的玻璃态碳材料。

　　研究团队持续升高反应温度，在1000℃、1100℃和1200℃时，根据电子能量损失谱证实，温度越高，得到的材料密度也越大。在高分辨率透射电镜下，平均“粒径”也越来越小，分布趋于均匀。对于玻璃态来说，这衡量了整体混乱结构中的秩序性，意味着逐渐降低的混乱度与随之升高的秩序性。

　　科学家们将1200℃时形成的玻璃态称为“AM-III”，并对AM-III进行力学性质测定，显示其维氏硬度（HV）高达113GPa，可以刻画维氏硬度为103GPa。并且，除了超高的硬度之外，AM-III的表面还能承受高达70GPa的压力。

　　事实证明，AM-III已成为迄今为止发现的最硬、最强的玻璃，能完美解决超硬晶体韧性不足的问题。并且，AM-III除了拥有出色的力学性质外，也是半导体，而这种结合了优越力学性能与半导体性能的新型“玻璃”还有望在光伏（将太阳能转化为电能）领域大显身手。（本报综合）