米兰官网-比钻石还硬！中国科学家成功合成“陨石钻石”—新闻—科学网

“金刚石是天然界最硬的物资，凡是各人说的是立方金刚石，咱们如今合成出的六方金刚石硬度比它更高。”郑州年夜学物理学院传授杨西贵告诉《中国科学报》。

近日，郑州年夜学金刚石质料与器件团队乐成合成出毫米级尺寸的纯相六方金刚石块材，并切确解析了其晶体布局，展现了全新的相变机制。相干研究成果在3月5日于《天然》杂志于线发表。

合成的六方金刚石的晶体布局、X射线衍射及原子级分辩图象 采访对于象供图

群雄逐鹿，求解六方金刚石的合成之谜

金刚石依附其最高的硬度、优秀的热导率、最快的声传输速率等特色，于磨具磨料、珠宝首饰、散热质料、极度情况光学元件和将来半导体等诸多范畴中揭示出广漠的运用远景，它被誉为“工业牙齿”及“最终半导体”。

传统金刚石为立方晶系布局，而于64年前，研究者从理论上猜测六方晶系金刚石可能存于。1967年，科学家于陨石中发明了一种六方布局的碳同素异形体，即六方金刚石，又称为“朗斯代尔石”或者“陨石钻石”。怪异的原子堆垛方式付与它逾越立方金刚石的硬度，引起了学界的广泛存眷。

于碳质料的研究中，碳原子共有三种杂化轨道类型，即sp一、sp二、sp3，别离代表着碳原子之间差别的毗连形态。

杨西贵先容，“sp1家族有碳链、碳环、石墨炔，sp2家族有石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管，sp3家族今朝只有立方金刚石被广泛运用。咱们预测，必然还有有着其它家族成员未被确认，而六方金刚石的可能性最年夜。”

是以，从2021年起，杨西贵地点的郑州年夜学金刚石质料与器件团队便开启了六方金刚石的合成与研究之路。

2025年，就于团队行将宣告研究乐成、于《天然》杂志审稿返修时，吉林年夜学及北京高压科学研究中央的科研团队前后合成出了六方金刚石块材，并发表研究论文。

“相称在近几年来，三个自力研究组于求解统一个问题：六方金刚石可否于试验室合成？但于论文发表以前，咱们互相都不知道对于方的事情。”杨西贵说。

开发新技能，迫使六方金刚石“现身”

从这项研究到发表，整整履历了5年时间。为何时间这么久？

杨西贵先容，这是因为自然六方金刚石的形成源在陨石撞击所孕育发生的极度前提，历程短暂且几率极低。它仅以纳米级颗粒嵌于陨石中，极难分散。且六方金刚石于试验前提下的形成能垒高在立方金刚石，致使高温高压合成产品多以立方相为主。是以，六方金刚石是否可以或许自力不变存于，持久以来一直存于争议。

六方金刚石及立方金刚石就像一对于儿“孪生兄弟”，立方金刚石已经被人熟知，六方金刚石却不常常“现身”，假如仅拿到六方金刚石恍惚的、局部的照片，不足以明确区别两者。科研团队要做的，一是要使用外界前提“欺压”六方金刚石“现身”，二是要找到独属在六方金刚石的特性标记、帮忙人们精准区别。

基在以往的研究基础，科研团队决议从技能线路冲破，以高定向热解石墨为原质料，精准节制压力及温度前提，开发年夜腔体单轴高压技能，引诱石墨中的碳原子重构成六方金刚石。

凡是高温高压装备经由过程液压体系实现对于样品各个标的目的的匀称加压，而要想让石墨“变身”成六方金刚石，仅需要施加轴向标的目的上的压力。

“听起来好像很简朴，把先后摆布标的目的上的压力去失不就好了？但实在这是于原子标准上‘捏橡皮泥’，‘捏’的力度相称在20万个尺度年夜气压，还有要于1300摄氏度的高温下举行。”杨西贵说，“为了实现这一构思，团队开发了年夜腔体单轴高压技能及合成工艺，于这一技能加持下，高定向热解石墨中的碳原子受限滑移，组成了六方金刚石怪异的重叠布局。”

合成单晶、做年夜尺寸

因为六方金刚石及立方金刚石的原子布局高度相似，当科研职员让六方金刚石乐成“现身”后，还有需要找到它怪异的印迹，防止认错。

本文配合通信作者之1、郑州年夜学物理学院传授程少博先容，团队使用同步辐射X射线衍射、球差校订透射电子显微镜和电子能量丧失谱等手腕，体系解析了六方金刚石的晶体布局与成键特性，得到了清楚的原子级分辩图象。这就像是找到了它的怪异“指纹”，大白无疑地确认了它的身份。

合成的六方金刚石的晶体布局、X射线衍射及原子级分辩图象采访对于象供图

六方金刚石怪异的六方晶体对于称性，转变了质料内部抵挡应力的方式，使其能更有用地抵御剪切粉碎。理论猜测显示，于面临特定前提下的极度受力时，六方金刚石的硬度比立方金刚石高58%。

后续的机能测试注解，科研团队制备出的六方金刚石维氏硬度及剪切模量均优在传统的立方金刚石。

这象征着，一种预期机能更为极致的超硬质料，终究走出了理论猜测及陨石传说，成了人类可以制备及研究的实体。这一研究也被审稿人评价为“极具说服力、出现了更完备的研究全貌、解决了六方金刚石存于性这一持久争议的问题。”

“将来咱们一方面但愿不停优化合成技能制备出单晶，另外一方面但愿把样品尺寸做年夜，鞭策其于多个范畴的现实运用。”本文配合通信作者之1、郑州年夜学物理学院传授单崇新说。

相干论文信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10212-4