最近，日本筑波大学的科学家，在电脑中将一种取名为“五角钻石”的新材料“造”了出来，有理论计算表明，它比天然钻石还要硬非常大的一截，钻石的硬度天花板难道要被捅破了？未来，它或许会使工业切割以及科学研究的格局被颠覆。

钻石并非碳的唯一形态

碳元素的原子如同乐高形状式样的积木那般，能够搭建出具备各种各样不同结构的材料。我们所熟悉知晓的铅笔芯当中的石墨，以及光彩夺目璀璨耀眼的钻石，实际上它们都是属于碳这种元素的有着各自不同形态的同素异形体，然而它们彼此之间在性质方面却存在着极大的差异区别。钻石之所以质地坚硬，是由于每一个碳原子都和其周边的足足四个其它邻居以紧密相连的方式结合在一起，进而形成了稳固坚实的立体骨架结构。

除去石墨之外，还有碳纳米管、富勒烯之类，它们各自有着各自的排列方式。材料的硬度主要是取决于这些碳原子相互结合的情况。以前科学家一直都在作探索，能不能把碳原子排列得更加巧妙，从而创造出性能超过钻石的新物质。

计算机里设计超级材料

筑波大学的研究团队，没在实验室里烧炉子干那事儿，而是借助超级计算机搞模拟的行径。他们尝试了一种新思路哦，把钻石里头每个碳原子连接四个邻居的那种结构，和其他结构里只连接三个邻居的方式掺和起来。这种混合结构在理论方面存在着无数种排列的可能性呢。

需于这数量众多、纷繁复杂的可能性当中寻觅到最为稳定、最为坚固的组合，那就必须借助强大的计算工具。团队运用了一种被称作密度泛函理论的计算方法，此方法在化学以及物理领域历经长久检验，能够精确地预测材料的结构与性能，其乃是现代材料科学的得力协助工具。

密度泛函理论立大功

为何密度泛函理论有这般好用之力？缘由在于，要去追踪材料之中每一个电子的运动轨迹以及相互作用，实在是太过复杂了。而此方法颇为聪明地绕开了这个难点，进而将关注点转向电子在原子周围空间的整体分布密度。如此一来，原本呈现为复杂到无可凭借手算来解决的难题，摇身一变成为计算机能够予以处理的任务了。

借助这种近似计算，科学家能够获取极为精确的结果，并且能够极大地加快研究的速度。它宛如给材料科学家配置了一台“透视眼”，即便不进行实地制造，也可以先弄清楚一种全新材料究竟有没有潜力以及价值。

五角钻石硬度惊人

新结构被命名为“五角钻石”，计算结果令人振奋，其衡量硬度的杨氏模量预计接近1700 GPa，作为对比，我们所熟知的天然钻石，这个数值大约是1200 GPa，这表明五角钻石的硬度远超钻石。

相较于钻石，它硬度更高，密度却低得多，与石墨十分相近，这实在是神奇无比。其又硬又轻的特性，在工业应用里极具吸引力。研究表明，它属于间接带隙半导体，带隙值为2.52 eV。并且，其所具有的载流子质量较小的特性，为其在电子学领域展开应用，提供了广阔想象空间。

未来应用前景广阔

假设某一日，五角钻石能够被切实制造出来，那它的可用之处可着实不少。于工业领域，它也许能够替代眼下的合成钻石，用以加工最为坚硬的材料，去完成各种各样高难度的切割以及钻探任务。其高硬度能够极大程度地提高工具的使用寿命以及效率。

于科学研究范畴之内，其亦存有施展潜能而大展拳脚的可能性。当前之时，科学家鉴于欲对行星内部那般极端高压环境予以模拟，故而会借助钻石去打造加压装置。在未来的时日里，更加坚硬且具备独特性质的五角钻石，说不定能够摇身一变成为新一代的钻石砧，进而助力人类开展对于地心或者遥远行星深处奥秘的探寻之举。

理论到现实还有多远

特别需要着重指出的是，当下五角钻石仅仅是存在于计算机的模拟情况之中。这是一项相当卓越出色的理论设计方面的研究，它展现了人类凭借计算从一开始设计材料的那种能力。然而从理论进行预测开始，到在实验室里面真正成功合成出这种材料，再到达成工业化量产，这当中还有着极为漫长的道路要去走。

然而，这般“按需而生按需规划设计”的模式恰恰正是那材料科学领域未来阶段的重要构成部分。其产生的作用是极大程度地缩减了科学家们在寻觅新型材料这一举动当中所涵盖的可供选择的目标范围区间，使得整个研发的前后过程不再全然依靠运气这个捉摸不定的因素以及不断辗转尝试寻觅正确答案不停犯错的过程。筑波大学所开展的此项研究工作，毫无疑问地为探寻碳材料的极致边界限度开创打开了一个全新的门路通道。

你认为这般于电脑之中设计而成的“五角钻石”，最终可否被成功打造出来进而改变世界呢？期待在评论区留言探讨，要是你觉得此篇文章颇有趣味，切莫忘了点赞并分享予更多人哟！