我学者找到合成“超级钻石”新途径

2月10日，记者从吉林大学获悉，该校刘冰冰教授、姚明光教授团队联合中山大学朱升财教授，发现高温高压下石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径，并首次合成了高质量、近纯的六方金刚石块体材料，其硬度高出立方金刚石，并具有良好的热稳定性。相关研究成果发表于国际学术期刊《自然·材料》。

1967年，美国科学家在陨石坑中发现了一种珍稀的“超级钻石”，因其具有六方晶体结构、共生于陨石之中且更为坚硬而备受关注。但人工合成纯相六方金刚石却是长期未能攻破的科学难题。

此前有研究提出一种石墨到立方金刚石转变的新机制，发现sp3碳高压相结构的形成是重要因素。团队受到启发——在探索六方金刚石的人工合成时，高压相结构很可能是关键所在。

为此团队设计了高温高压实验，利用激光加温金刚石对顶砧技术，原位研究了石墨在50吉帕超高压高温下的结构变化规律。他们发现石墨在高压力区间会形成后石墨相高压结构，再通过局部加热，便成功获得了六方金刚石。

研究表明，人工合成六方金刚石具有出色的物理性质，硬度超过天然金刚石40%；真空环境下热稳定性可以达到1100℃，优于纳米金刚石的900℃。团队进一步结合大尺度分子动力学理论模拟，揭示石墨层堆叠构型对形成六方金刚石结构的关键作用，证实了石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径。

该成果提供了一种人工合成纯相六方金刚石的有效途径，为超硬材料和新型碳材料添加了性能更为优异的新成员，对深入了解陨石中钻石的具体来源和重大地质事件也有重要意义。 （记者 杨仑）