燕山大学的成果再次刷新世界硬度记录

近日，中国科学院院士、燕山大学亚稳材料制备技术与国家重点科学实验室教授田永君团队与南京理工大学、宁波大学研究人员合作，再次在超硬材料领域取得重大突破，合成硬度达到276。超细纳米孪晶金刚石，GPa，刷新了材料硬度的世界纪录。

最近在《自然合成》中有关研究(Nature Synthesis)在线发表。

金刚石作为自然界中最硬的材料，广泛应用于机械加工、油气开采、地质勘探等领域。单晶金刚石的硬度因晶体取向而异，在60-120之间。 GPa之间。长期以来，研究人员一直在探索如何合成更高硬度的钻石材料。晶粒细化作为提高钻石硬度的经典方法，在纳米尺度上遇到了瓶颈:晶粒细度过高会促进晶粒生长，阻碍进一步细化，从而限制硬度的提升空间。

面对这一技术问题，田永君院士另辟蹊径，开创了双晶细化的新途径。双晶界相对于传统的水晶界，具有较低的界面能量，为超细化材料提供了新的可能性。团队前期的研究证实了这种方法的可行性——他们成功合成了平均双晶厚度只有5纳米的金刚石，硬度为200。 GPa，这是天然金刚石的两倍。

在最新的研究中，研究小组成功合成了具有突破性能的超细纳米孪晶金刚石，其平均晶粒尺寸为18纳米，平均孪晶厚度仅为2.3纳米，硬度高达276，通过精确控制洋葱碳前驱体的大小并进行高压相变。 GPa。

通过电镜观察，他们发现样品中既有贯穿双晶体，也有互锁双晶体，其中互锁双晶体占主导地位。对比实验进一步证明了这种结构的关键作用。虽然晶粒同样小(24纳米)，但由于缺乏密集的互锁双晶体结构，用金刚石粉制成的纳米晶体金刚石的硬度仅为125。 GPa。

据报道，这一突破不仅刷新了硬度记录，也突破了共价材料的硬度极限，开辟了新的思路。研究团队通过双晶组织的细化和类型调控，开创了提高材料性能的新途径，对未来的超硬材料研发具有重要的指导意义。

该研究得到了国家自然科学基金、国家重点R&D计划、河北省自然科学基金等项目的资助。燕山大学期待，李宝忠和马梦冬是共同的第一作者，柯、赵智胜和徐波是通信作者;潘益龙和唐国栋是共同的通信作者。