近日，記者從吉林大學(xué)獲悉，該校聯(lián)合中山大學(xué)組成科研團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)了高溫高壓下石墨經(jīng)由后石墨相形成六方金剛石的全新路徑，并人工合成出高質(zhì)量六方金剛石塊材料，其硬度高出立方金剛石，具有良好的熱穩(wěn)定性。
六方金剛石也被稱為“隕石鉆石”，首次被發(fā)現(xiàn)是在美國(guó)一隕石坑中，理論預(yù)測(cè)它比立方金剛石還要堅(jiān)硬。六方金剛石的形成條件極為苛刻，只有納米大小，且與隕石共生。因此，六方金剛石能否獨(dú)立存在尚存爭(zhēng)議，人工合成純相六方金剛石更是極具挑戰(zhàn)性。
鑒于六方金剛石形成過(guò)程中的超高壓和高溫條件，科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了高溫高壓實(shí)驗(yàn)。首先，利用激光加溫金剛石對(duì)頂砧技術(shù)原位研究石墨在50GPa超高壓高溫下的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)石墨在高壓力區(qū)間會(huì)形成后石墨相高壓結(jié)構(gòu)，再通過(guò)局部加熱成功獲得六方金剛石。科研團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步結(jié)合大尺度分子動(dòng)力學(xué)理論模擬，揭示出石墨層堆疊構(gòu)型對(duì)形成六方金剛石結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用，證實(shí)了石墨經(jīng)由后石墨相形成六方金剛石的全新路徑。
在30GPa、1400℃的條件下，科研團(tuán)隊(duì)成功制備出毫米級(jí)高取向六方金剛石塊材，發(fā)現(xiàn)其硬度高達(dá)155±9GPa，超過(guò)天然金剛石40%，真空環(huán)境下其熱穩(wěn)定性可達(dá)1100℃，優(yōu)于納米金剛石的900℃。
該研究成果不僅提供了六方金剛石獨(dú)立存在的有力證據(jù)，也提供了一種純相六方金剛石人工合成的有效途徑，為超硬材料和新型碳材料添加了性能更為優(yōu)異的新成員，對(duì)深入了解隕石中鉆石的具體來(lái)源和重大地質(zhì)事件也有著重要意義。（光明日?qǐng)?bào)記者任爽 通訊員蘆猛）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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