7 月 31 日消息，北京高壓科學(xué)研究中心與中國科學(xué)院西安光機(jī)所科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的國際研究團(tuán)隊(duì)成功將高質(zhì)量石墨單晶前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為百微米級、高度有序的六方金剛石，相關(guān)成果已在昨日發(fā)表于國際期刊《自然》。
據(jù)介紹，普通金剛石的碳原子排布呈四面體網(wǎng)格狀，雖然堅(jiān)硬又耐磨，但也存在弱點(diǎn)：某些平面一旦受力，就容易錯位滑移，限制其強(qiáng)度。而六方金剛石規(guī)避了這種問題。
但六方金剛石的形成條件極為苛刻，人工合成的最大難點(diǎn)是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)物通常以普通金剛石為主，難以得到六方金剛石。
而我國科學(xué)家們創(chuàng)新性地提出了一種由石墨到六方金剛石轉(zhuǎn)變的方法，在可控高溫、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。
研究結(jié)果顯示，六方金剛石的力學(xué)性能可與立方金剛石相媲美，且與僅具有單一碳-碳鍵長的立方金剛石相比，六方金剛石呈現(xiàn)出兩種不同的鍵長分布，且層間距顯著縮短，這種獨(dú)特的碳原子堆垛方式，將有效克服立方金剛石的密堆積面易滑移的弱點(diǎn)。
這一系統(tǒng)性研究不僅終結(jié)了 60 多年關(guān)于六方金剛石宏觀存在的爭議，更為接下來將六方金剛石作為新一代高性能功能材料的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
據(jù)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，這項(xiàng)研究的成功歸功于兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：
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
采用恰當(dāng)?shù)奶綔y手段
其中，研究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。