科学家们发现，非常裸钻的“六方金钢石”产生了新的路径

近日，吉林大学刘冰冰教授、姚明光教授团队与中山大学朱升财教授联合取得新突破，发现石墨在高温高压下形成六方金钢石的全新路径，生成高质量的六方金钢石，硬度高于立方金钢石，热稳定性好。相关成果发表在《自然-材料》上。

裸钻，即金钢石，是由碳原子在地壳深处承受巨大压力而自然形成的，硬度极高，通常具有立方结构。由于人工合成的完成，已广泛应用于许多领域。它已经在精密加工、资源挖掘、信息通信和“深空、深地、海底”的极端环境中发挥了重要作用。它是一颗非常锋利的“工业牙齿”和国家战略物资。半个世纪前，发现陨石中共存的另一种“非常裸钻”，一般称为石墨在陨石撞击地球形成的高温高压环境下变化。理论上预测它是否比立方金钢石更坚硬。

研究小组长期从事超高压下碳及相关材料的实验研究，发现了常压下难以获得的各种新结构和新特性。在这项工作中，团队提出了从石墨到立方金钢石转换的新机制。注意六方金钢的人工合成中高压结构很可能是关键。因此，团队巧妙地设计了高温高压试验，探讨了50GPa超高压下石墨结构的变化趋势，发现石墨在高压范围内形成了“后石墨相”的高压结构，然后通过局部加热成功获得了六方金钢石。此外，团队结合了大规模动态测试结构。

随后，针对六方金钢石材的高压生成，团队在超高压组装体中引入了不同导热率的高硬度材料，在高压下产生了30个温度场。 GPa、1400 在℃条件下，成功准备了毫米级的高方向六方金钢石材。此外，团队发现六方金钢石具有优异的物理性能，硬度高达155。± 9GPa，超过40%的天然金刚石，在真空环境下，其热稳定性可达1100。℃，比纳米金刚石好900。℃。

这一结果不仅提供了一种人工合成纯相六方金钢石的有效途径，也为突破立方金钢石的应用限制提供了可能性，对深入了解陨石中钻石的具体来源和重大地质事件具有重要意义。