2025年2月10日，吉林大學(xué)科研團(tuán)隊在Nature Materials發(fā)表了首次合成六方金剛石塊體的科研成果，其具有高出立方金剛石的極高硬度和良好的熱穩(wěn)定性。該成果不僅提供了一種純相六方金剛石人工合成的有效途徑，給出了其獨立存在的有力證據(jù)，也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，為突破立方金剛石的應(yīng)用局限提供了可能。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02126-9#Abs1

超高壓高溫下獲得的純相六方金剛石光學(xué)照片與透射電鏡照片

天然或人工合成金剛石大多具有立方晶格，所能獲得的天然（隕石）六方金剛石大多數(shù)樣品純度低、尺寸小，因此自然界是否獨立存在都存在爭議。人和合成的最大的難點是高溫高壓下六方金剛石的形成能壘高于立方金剛石，故純相六方金剛石的人工合成一直未能實現(xiàn)。

本次研究中，科研團(tuán)隊通過加熱高度壓縮的石墨來合成結(jié)晶良好的，幾乎高純的前體，即石墨在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)間會形成“后石墨相”高壓結(jié)構(gòu)，再通過局部加熱成功獲得了六方金剛石。研究團(tuán)隊進(jìn)一步結(jié)合大尺度分子動力學(xué)理論模擬，揭示出石墨層堆疊構(gòu)型對形成六方金剛石結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用，證實了石墨經(jīng)由后石墨相形成六方金剛石的全新路徑。研究團(tuán)隊在30 GPa、1400 ℃的條件下，成功制備出毫米級高取向六方金剛石塊材，其硬度高達(dá)155 ± 9GPa，超過天然金剛石的40%以上，真空環(huán)境下其熱穩(wěn)定性可以達(dá)到1100 ℃，優(yōu)于納米金剛石的900 ℃。

編譯整理 YUXI