我国科学家合成钻石里的"六边形战士" 终结60年争议 _ 游民星空 GamerSky.com

7月31日消息，北京高压科学研究中心与中国科学院西安光机所科学家带领的国际研究团队成功将高质量石墨单晶前驱体转化为百微米级、高度有序的六方金刚石，相关成果已在昨日发表于国际期刊《自然》。

据介绍，普通金刚石的碳原子排布呈四面体网格状，虽然坚硬又耐磨，但也存在弱点：某些平面一旦受力，就容易错位滑移，限制其强度。而六方金刚石规避了这种问题。

但六方金刚石的形成条件极为苛刻，人工合成的最大难点是高温高压下六方金刚石的形成能量高于普通金刚石。因此高温高压产物通常以普通金刚石为主，难以得到六方金刚石。

而我国科学家们创新性地提出了一种由石墨到六方金刚石转变的方法，在可控高温、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。

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

研究结果显示，六方金刚石的力学性能可与立方金刚石相媲美，且与仅具有单一碳-碳键长的立方金刚石相比，六方金刚石呈现出两种不同的键长分布，且层间距显著缩短，这种独特的碳原子堆垛方式，将有效克服立方金刚石的密堆积面易滑移的弱点。

这一系统性研究不仅终结了60多年关于六方金刚石宏观存在的争议，更为接下来将六方金刚石作为新一代高性能功能材料的开发奠定了坚实基础。

据论文第一作者、北京高压科学研究中心研究员杨留响介绍，这项研究的成功归功于两项关键技术：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；采用恰当的探测手段。

其中，研究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。