来源：iNature（ID：Plant_ihuman）
非晶材料从相应的晶体中继承了短程和中程有序，因此保留了它的一些特性，同时仍然表现出新的特性。由于其在技术中的重要应用，已经探索和制备了具有sp2或混合sp2-sp3杂化的无定形碳，但合成sp3浓度接近 100% 的块状无定形碳仍然是一个挑战。这种材料继承了金刚石的短/中程有序，也应该继承其优越的特性。
2021年11月24日，吉林大学刘冰冰及姚明光共同通讯在Nature在线发表题为“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”的研究论文，该研究通过在接近笼塌陷边界的压力下加热富勒烯，成功合成了毫米大小的样品——体积是早期研究中生产的体积的103-104倍——透明的、近乎纯的sp3无定形碳。
合成的材料由许多随机取向的类金刚石短/中程有序簇组成，具有最高的硬度（101.9 ± 2.3 GPa）、弹性模量（1,182 ± 40 GPa）和热导率（26.0±-1.3Wm-1K-1) 。它还表现出可从 1.85 eV 到 2.79 eV 可调的光学带隙。这些发现有助于研究人员了解先进的无定形材料以及通过高压和高温技术合成块状无定形材料，并可能为无定形固体提供新的应用。
另外，2021年11月24日，燕山大学缑慧阳及乔治梅森大学Sheng Howard共同通讯在Nature在线发表题为“Synthesis of paracrystalline diamond”的研究论文，该研究报告了一种不同于晶体或非晶金刚石的准晶态金刚石。在这项工作中报道的准晶金刚石由亚纳米尺寸的准晶组成，这些准晶具有明确的中等范围结晶顺序，直至几个原子壳，是在高压高温下合成的。使用面心立方C60作为前体的温度条件（例如，30 GPa 和 1,600 K）。通过结合 X 射线衍射、高分辨率透射显微镜和先进的分子动力学模拟，鉴定了次晶金刚石的结构特征。次晶金刚石的发现为富碳家族增加了一种不寻常的金刚石形式，它表现出独特的物理特性，可以进一步开发新材料。此外，这项工作揭示了整个结构景观中非晶态和结晶态之间长度尺度上的缺失环节，对识别由非晶态材料产生的复杂结构具有深远的意义。
2021年11月24日，加拿大多伦多大学Edward H. Sargent及华侨大学魏展画（多伦多大学马冬昕博士为本文的第一作者，华侨大学林克斌博士为第二作者）共同通讯在Nature在线发表题为“Distribution control enables efficient reduced-dimensional perovskite LEDs”的研究论文，该研究报告了具有更单分散 QW 厚度分布的明亮 RDP，这是通过使用双功能分子添加剂实现的，该添加剂同时控制 RDP 多分散性，同时钝化钙钛矿 QW 表面。该研究合成了一种氟化三苯基氧化膦添加剂，它与有机阳离子形成氢键，在 RDP 薄膜沉积过程中控制它们的扩散并抑制低厚度 QW 的形成。氧化膦部分通过与不饱和位点的配位键合来钝化钙钛矿晶界，从而抑制缺陷形成。这导致具有窄带发射和高光致发光量子产率的紧凑、光滑和均匀的RDP薄膜。所制备的钙钛矿绿光器件的外量子效率高达25.6%，在7,200 cd m-2的初始亮度下运行寿命达到2小时，远超目前报道的同类器件，未来有望应用于新型显示和照明领域。
2021年11月24日，暨南大学尹芝南，杨恒文，陆骊工及耶鲁大学Richard A Flavell共同通讯（暨南大学附属珠海市人民医院的博士后王倩、李德海、暨南大学医学部生物医学转化研究院曹广超副研究员及暨南大学附属第一医院的石绮屏副教授为本文共同第一作者）在Nature在线发表题为“IL-27 signalling promotes adipocyte thermogenesis and energy expenditure”的研究论文，该研究首次发现了IL-27信号通路在代谢性疾病中的保护作用，且第一次证明了IL-27受体（IL-27Ra，即WSX-1）在非免疫细胞——脂肪细胞上表达并发挥重要功能。该发现改变了对IL-27功能的已有认识，作为一种免疫调节分子，除主要在T细胞上表达，在感染免疫及自身性免疫疾病中发挥作用及功能外，该工作揭开了IL-27信号通路在代谢性疾病中重要作用，也给未来肥胖相关代谢综合征的治疗提供了新的靶点。
无定形固体缺乏长程有序性，表现出许多优异的机械性能，并且通常易于成型以用于应用。此类材料包括天然非晶固体、人造玻璃（氧化物和金属玻璃）、塑料、非晶半导体等，它们在许多领域都有生产和使用。许多其他无定形材料已被提议使用，但由于具有挑战性的合成条件而仍未实现和探索。
无定形碳因其可调节的特性和在应用中的重要性而引起了强烈的研究兴趣。由于其键合灵活性，当sp、sp2或sp3杂化时，碳会形成许多无定形结构。sp2键合的玻璃碳继承了短/中程石墨有序并具有导电性，其结构无序导致了诸如高硬度和强度以及低密度等优点。然而，与容易形成无定形结构的硅和锗的情况相比，sp3杂化无定形碳的合成仍然是一个挑战。
sp3键浓度接近 100% 的无定形碳可以继承结晶金刚石的短/中程有序，并有望继承其优越的性能。即使在无定形碳中添加少量sp3键也可以显著改变其性质。通过在高压和高温 (HPHT) 下处理玻璃碳获得的sp3含量约为 22% 的无定形碳，具有增强的韧性和弹性，并且通过在 HPHT 下聚合和部分破坏 C60 分子获得了超硬、无定形、富含sp3的相可能会划伤金刚石砧座。
因此，人们致力于合成几乎完全sp3键合的无定形碳。具有 85-88%sp3杂化和 45-88 GPa 硬度的类金刚石材料已被生产为薄膜，但由于合成方法，通常含有氢 。最近，在金刚石砧室中以 50 GPa 的压力对玻璃碳进行激光加热，产生了透明的sp3键合碳相，称为无定形金刚石。此外，将C60冲击压缩至 55 GPa 和 2,000 K 会产生另一个富含sp3的非晶相。然而，微观结构表征受限于微小的样本量，并且对其特性的信息知之甚少。
不同高温高压条件下回收样品的光学照片（图源自Nature）
由于金刚石的熔点非常高，高于 4,500 K，通过淬火液态碳来合成块状非晶金刚石是不可行的。另一种合成方法是通过无定形到无定形的转变，通过sp3杂化产生块状无定形碳的一种有前途的方法是在高压下加热已经无定形的碳，而挑战是避免再结晶。特别是，通过压缩富勒烯已经产生了无定形碳相。这些相的详细结构取决于压力等实验条件。
该研究在这里探索了在大容量压力机中C60接近笼式坍塌压力 (20–37 GPa) 的 HPHT 合成实验。该研究发现，在接近 27 GPa 的压力和 900–1,000 °C 的温度下，从C60成功合成了毫米级、透明、几乎完全sp3杂化的无定形碳，具有许多优异的性能。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04127-5
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04122-w
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03882-9
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03997-z
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