吉林大学团队突破性合成高质量六方金刚石具超高硬度和热稳定性

时间：2025-02-17 09:50

小编：小世评选

近日，吉林大学的科研团队在高压与超硬材料领域取得了重要突破，成功合成出高质量的六方金刚石。这项成果于2023年2月10日正式发布在国际权威期刊《Nature Materials》上，研究论文标题为“General Approach for Synthesizing Hexagonal Diamond by Heating Post-Graphite Phases”。这一研究不仅为六方金刚石的人工合成提供了全新的路径，也揭示了其独特的物理性质。

六方金刚石是一种具有六方晶体结构的碳同素异形体，相比传统的立方金刚石，它的硬度更高，热稳定性更好，广泛应用于超硬材料和新型碳材料的研究。科学家们长期以来一直关注这种材料，但由于六方金刚石在高温高压条件下的形成难度较大，人工合成一直是一个未解的科学难题。

吉林大学研究团队在刘冰冰和姚明光教授的带领下，与中山大学的朱升财教授共同合作，经过多次实验和理论模拟，终于揭示了使石墨经由后石墨相转变为六方金刚石的全新途径。研究表明，在超高压条件下，石墨的层状结构堆叠对六方金刚石的形成至关重要，这一发现为理解陨石中钻石的具体成因提供了关键线索，并为探索大自然中六方金刚石的形成背景奠定了基础。

研究团队还自主研发了高温高压实验技术，对压力极限和腔体尺寸之间的矛盾进行了有效的解决。使用新型的碳化钨压砧和超高压组装体，团队在高温下实现了40 GPa的超高压，这一压力比以前的研究提升了60%。在这一条件下，研究团队成功制备出了毫米级高取向的六方金刚石块材，硬度达到155 ± 9 GPa的惊人成果。

六方金刚石自1967年首次在美国亚利桑那州的魔谷陨石中被发现以来，由于其独特的物理特性和珍贵性，一直受到广泛关注。过去的研究普遍认为六方金刚石的形成需要在极端的高温高压条件下进行，实际条件的苛刻以及能垒的高度使得其人工合成成为一个重大挑战。在这方面的努力并未因科研人员对其性质的研究而减弱，反而在挑战中不断推动着材料科学的发展。

通过这项研究，吉林大学团队不仅为六方金刚石的人工合成提供了新的思路和方法，更进一步丰富了超硬材料的家族。在工业应用中，六方金刚石能被广泛用于切割、磨削和钻探等领域，其极高的硬度和热稳定性使其成为制造高性能工具的理想选择。

随着该项研究的成功，未来可能还有更多关于超硬材料的探索和应用。科学家们希望通过进一步的研究，能够深入理解六方金刚石的形成机理和应用潜力。这项研究也可能为探索其他新型碳材料及其工业应用打开新的大门。

吉林大学团队的这一成果不仅标志着六方金刚石人工合成的一个重大进展，也为超硬材料的研究带来了新的机遇。这项工作将继续激发更多科研人员在材料科学领域的探索，推动新材料的开发和应用，为各行各业带来更为优秀和高效的解决方案。随着研究的深入，我们有理由期待六方金刚石在未来能为科技进步作出更大的贡献。