東京大學研究團隊近日宣布，首次在低溫（-173～23℃）、低壓（10-5Pa）條件下，僅用1~20秒時間，即實現了球狀且無缺陷的納米金剛石（ND）合成，并達到100%收率。
納米金剛石的粒徑分布分析
傳統人造金剛石通常需在約1500℃和10GPa的極端條件下合成，且難以避免缺陷。相比之下，本研究大幅降低了工藝難度，并突破了納米金剛石制備中的結構限制。
研究以金剛石骨架的前體分子——金剛烷（Ad）為對象，在原子分辨透射電子顯微鏡下，利用自主開發的“高速高分辨電子顯微鏡法（SMART-EM）”，向Ad晶體照射80~200keV電子束。團隊捕捉到了從Ad寡聚物到立方晶納米金剛石的轉化過程：電子束優先打斷C-H鍵，產生自由基，經多聚化反應逐步構建出球狀且無缺陷的納米金剛石，同時伴隨氫氣的生成與消失。
金剛烷→金剛石的合成過程
更重要的是，研究首次以亞埃級空間分辨率和毫秒級時間分辨率記錄下了金剛石骨架的生長過程，并揭示了Ad5向Ad8、Ad17向Ad26的分子增長動力學特征。
目前，納米金剛石因其卓越的硬度、生物相容性和光學特性，在材料科學、生命科學、精密器件及新型功能材料領域具有廣闊應用前景，該成果也為低能耗、可控化制備納米金剛石開辟了新路徑。
粉體圈Coco編譯
作者：Coco
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