我學者找到合成“超級鉆石”新途徑

2月10日，記者從吉林大學獲悉，該校劉冰冰教授、姚明光教授團隊聯合中山大學朱升財教授，發現高溫高壓下石墨經由后石墨相形成六方金剛石的全新路徑，并首次合成了高質量、近純的六方金剛石塊體材料，其硬度高出立方金剛石，并具有良好的熱穩定性。相關研究成果發表于國際學術期刊《自然·材料》。

1967年，美國科學家在隕石坑中發現了一種珍稀的“超級鉆石”，因其具有六方晶體結構、共生于隕石之中且更為堅硬而備受關注。但人工合成純相六方金剛石卻是長期未能攻破的科學難題。

此前有研究提出一種石墨到立方金剛石轉變的新機制，發現sp3碳高壓相結構的形成是重要因素。團隊受到啟發——在探索六方金剛石的人工合成時，高壓相結構很可能是關鍵所在。

為此團隊設計了高溫高壓實驗，利用激光加溫金剛石對頂砧技術，原位研究了石墨在50吉帕超高壓高溫下的結構變化規律。他們發現石墨在高壓力區間會形成后石墨相高壓結構，再通過局部加熱，便成功獲得了六方金剛石。

研究表明，人工合成六方金剛石具有出色的物理性質，硬度超過天然金剛石40%；真空環境下熱穩定性可以達到1100℃，優于納米金剛石的900℃。團隊進一步結合大尺度分子動力學理論模擬，揭示石墨層堆疊構型對形成六方金剛石結構的關鍵作用，證實了石墨經由后石墨相形成六方金剛石的全新路徑。

該成果提供了一種人工合成純相六方金剛石的有效途徑，為超硬材料和新型碳材料添加了性能更為優異的新成員，對深入了解隕石中鉆石的具體來源和重大地質事件也有重要意義。