我國科學(xué)家合成了鉆石里的“六邊形戰(zhàn)士”
更新時間：2025/7/31 10:30:26 來源：新華社CNML文字
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新華社北京7月30日電（記者張漫子）大眾所熟知的金剛石是自然界中的最堅硬的物質(zhì)之一。研究發(fā)現(xiàn)，在隕石中被發(fā)現(xiàn)的六方金剛石，其硬度高于普通金剛石，具有更高價值，然而高純度六方金剛石的人工合成一直是世界難題。我國科學(xué)家日前成功合成百微米級的六方金剛石，該成果30日發(fā)表于國際期刊《自然》。
金剛石的碳原子排布呈四面體網(wǎng)格狀，堅硬又耐磨，被稱為“硬度之王”。然而這一結(jié)構(gòu)也有弱點(diǎn)：某些平面一旦受力，就容易錯位滑移，限制其強(qiáng)度。于是科學(xué)家把眼光投向另一種結(jié)構(gòu)更精美、性質(zhì)更優(yōu)越的超級鉆石——六方金剛石。
六方金剛石的形成條件極為苛刻，人工合成最大難點(diǎn)在于高溫高壓下六方金剛石的形成能量高于普通金剛石，因此高溫高壓產(chǎn)物常以普通金剛石為主，而難以得到六方金剛石。
我國科學(xué)家創(chuàng)新提出了一種由石墨到六方金剛石轉(zhuǎn)變的方法，在可控的高溫高壓、準(zhǔn)靜水壓條件下，壓縮和加熱石墨單晶，最終得到高純度六方金剛石。
“普通金剛石的碳原子以相同的鍵長相連接。而我們合成的六方金剛石碳原子之間存在兩種不同鍵長，四分之一的‘碳-碳’鍵更短更強(qiáng)，克服了金剛石密堆積面易滑移的弱點(diǎn)，具備更優(yōu)越的硬度、韌性。”論文通信作者楊文革說。
論文第一作者、北京高壓科學(xué)研究中心研究員楊留響介紹，高純度六方金剛石的合成，歸功于兩項關(guān)鍵技術(shù)：一是選擇純度高、無雜質(zhì)的天然石墨單晶，有助于得到純度更高、微米級大小、結(jié)構(gòu)有序的六方金剛石樣品；二是采用恰當(dāng)?shù)奶綔y手段——研發(fā)人員給石墨晶體不斷加壓，并用高壓原位X光觀測樣品變化，避免了密堆積面的滑移，最終制得純凈、未變形的六方金剛石塊體。
“這項工作為下一步類金剛石材料研究奠定方法基礎(chǔ)。六方金剛石更加出色的硬度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性能、量子特性等，也將為超硬材料和高端電子器件研發(fā)開辟新路徑。”高壓物理學(xué)家、中科院外籍院士毛河光說。
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新華社北京7月30日電（記者張漫子）大眾所熟知的金剛石是自然界中的最堅硬的物質(zhì)之一。研究發(fā)現(xiàn)，在隕石中被發(fā)現(xiàn)的六方金剛石，其硬度高于普通金剛石，具有更高價值，然而高純度六方金剛石的人工合成一直是世界難題。我國科學(xué)家日前成功合成百微米級的六方金剛石，該成果30日發(fā)表于國際期刊《自然》。
金剛石的碳原子排布呈四面體網(wǎng)格狀，堅硬又耐磨，被稱為“硬度之王”。然而這一結(jié)構(gòu)也有弱點(diǎn)：某些平面一旦受力，就容易錯位滑移，限制其強(qiáng)度。于是科學(xué)家把眼光投向另一種結(jié)構(gòu)更精美、性質(zhì)更優(yōu)越的超級鉆石——六方金剛石。
六方金剛石的形成條件極為苛刻，人工合成最大難點(diǎn)在于高溫高壓下六方金剛石的形成能量高于普通金剛石，因此高溫高壓產(chǎn)物常以普通金剛石為主，而難以得到六方金剛石。
我國科學(xué)家創(chuàng)新提出了一種由石墨到六方金剛石轉(zhuǎn)變的方法，在可控的高溫高壓、準(zhǔn)靜水壓條件下，壓縮和加熱石墨單晶，最終得到高純度六方金剛石。
“普通金剛石的碳原子以相同的鍵長相連接。而我們合成的六方金剛石碳原子之間存在兩種不同鍵長，四分之一的‘碳-碳’鍵更短更強(qiáng)，克服了金剛石密堆積面易滑移的弱點(diǎn)，具備更優(yōu)越的硬度、韌性。”論文通信作者楊文革說。
論文第一作者、北京高壓科學(xué)研究中心研究員楊留響介紹，高純度六方金剛石的合成，歸功于兩項關(guān)鍵技術(shù)：一是選擇純度高、無雜質(zhì)的天然石墨單晶，有助于得到純度更高、微米級大小、結(jié)構(gòu)有序的六方金剛石樣品；二是采用恰當(dāng)?shù)奶綔y手段——研發(fā)人員給石墨晶體不斷加壓，并用高壓原位X光觀測樣品變化，避免了密堆積面的滑移，最終制得純凈、未變形的六方金剛石塊體。
“這項工作為下一步類金剛石材料研究奠定方法基礎(chǔ)。六方金剛石更加出色的硬度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性能、量子特性等，也將為超硬材料和高端電子器件研發(fā)開辟新路徑。”高壓物理學(xué)家、中科院外籍院士毛河光說。
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