六方金刚石制备技术又有新突破

金刚石是自然界最坚硬的物质，其碳原子以独特的四面体晶格排列，造就了无与伦比的硬度和耐磨特性。但科学家们发现，陨石中天然存在的六方金刚石在力学性能上更胜一筹。近期，我国研究团队在《自然》杂志发表重要成果，首次实现了百微米级高纯度六方金刚石的人工合成。

传统金刚石虽然硬度出众，但其晶体结构存在固有缺陷：特定晶面在受力时易发生滑移变形。这一特性促使科学家们将研究重点转向具有更优性能的六方晶系金刚石。然而，六方金刚石的制备面临巨大技术挑战——在高温高压条件下，其形成能垒显著高于常规金刚石，导致合成产物多以普通金刚石为主。

我国科学家创新提出了一种由石墨到六方金刚石转变的方法，在可控的高温高压、准静水压条件下，压缩和加热石墨单晶，最终得到高纯度六方金刚石。

“普通金刚石的碳原子以相同的键长相连接。而我们合成的六方金刚石碳原子之间存在两种不同键长，四分之一的‘碳-碳’键更短更强，克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点，具备更优越的硬度、韧性。这一特性显著提升了材料的整体性能”，项目负责人解释道。

左图为常见金刚石的碳原子结构排列，右图为六方金刚石的碳原子排列

该研究的核心突破归功于两项关键技术：一是选择纯度高、无杂质的天然石墨单晶，有助于得到纯度更高、微米级大小、结构有序的六方金刚石样品；二是采用恰当的探测手段——研发人员给石墨晶体不断加压，并用高压原位X光观测样品变化，避免了密堆积面的滑移，最终制得纯净、未变形的六方金刚石块体。

这项研究不仅为新型类金刚石材料的开发提供了方法论指导，其优异的力学、热学和量子特性更将为超硬材料和高端电子器件研发开辟新路径。"

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