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发现全新路径!我国科学家首次合成六方金刚石

2025-02-19 10:09:27

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吉大高压实验室刘冰冰、姚明光团队与中大朱升财教授合作,在Nature Materials发表研究,发现高温高压下石墨新路径转化为六方金刚石,并首次合成高质量样品,硬度超立方金刚石,热稳定性佳。此成果为六方金刚石合成提供新途径,证实其独立存在,丰富了超硬碳材料领域,或拓展立方金刚石应用,对陨石钻石及地质研究也有重要意义。



吉大高压实验室刘冰冰、姚明光团队与中大朱升财教授合作,在Nature Materials发表研究,发现高温高压下石墨新路径转化为六方金刚石,并首次合成高质量样品,硬度超立方金刚石,热稳定性佳。此成果为六方金刚石合成提供新途径,证实其独立存在,丰富了超硬碳材料领域,或拓展立方金刚石应用,对陨石钻石及地质研究也有重要意义。



1967年,美科学家在陨石坑发现珍稀“超级钻石”,具六方晶体结构且更坚硬,但人工合成纯相六方金刚石长期无解。先前研究提示石墨到立方金刚石转变中sp3碳高压相结构是关键。受此启发,团队设计高温高压实验,用激光加温金刚石对顶砧技术,发现石墨在高压下形成后石墨相,再通过局部加热成功合成六方金刚石。


研究团队长期研究超高压下碳材料,发现多种新结构和新性质(Nature, Science发表)。前期研究提出石墨到立方金刚石转变新机制,指出sp3碳高压相结构是关键(Phys. Rev. Lett.发表)。受此启发,团队设计高温高压实验,利用激光加温金刚石对顶砧技术,发现石墨在50GPa下形成“后石墨相”,再通过加热成功合成六方金刚石。结合分子动力学模拟,揭示了石墨层堆叠对形成六方金刚石的关键作用,证实了新路径。



研究团队长期自研大腔体超高压技术,解决压机腔体尺寸与压力极限难题,创新碳化钨压砧及组装体,实现40GPa超高压,提升60%,支撑高温高压材料制备(Engineering, Chin. Phys. Lett.发表)。针对六方金刚石合成,引入热导率差异材料产生温度梯度,模拟高温高压条件,30GPa、1400℃下制得毫米级高取向六方金刚石。该金刚石硬度155±9GPa,超天然金刚石40%,真空热稳定性达1100℃,优于纳米金刚石。


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。

作者: 佛山市海光智能科技有限公司
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发现全新路径!我国科学家首次合成六方金刚石
吉大高压实验室刘冰冰、姚明光团队与中大朱升财教授合作,在Nature Materials发表研究,发现高温高压下石墨新路径转化为六方金刚石,并首次合成高质量样品,硬度超立方金刚石,热稳定性佳。此成果为六方金刚石合成提供新途径,证实其独立存在,丰富了超硬碳材料领域,或拓展立方金刚石应用,对陨石钻石及地质研究也有重要意义。
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