中國科學(xué)家造出比鉆石更硬的鉆石六方金剛石突破

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2026-03-08 23:02:12 極目新聞

鉆石，即金剛石，是自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)之一?？茖W(xué)家們通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其強(qiáng)度還能進(jìn)一步提升，這就是理論中的“六方金剛石”，也稱為朗斯代爾石。

近日，鄭州大學(xué)與南京大學(xué)等團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室成功合成了毫米級(jí)尺寸的純相六方金剛石塊材，并精確解析了其晶體結(jié)構(gòu)，揭示了一種全新的相變機(jī)制。

傳統(tǒng)金剛石（立方金剛石）的碳原子排列類似一種極其牢固的三維立體蜂巢結(jié)構(gòu)，層層堆疊，每三層為一個(gè)重復(fù)周期；而六方金剛石采用了另一種堆疊方式，每?jī)蓪邮且粋€(gè)重復(fù)周期。這一細(xì)微差異使六方金剛石能更有效地抵御剪切破壞。理論預(yù)測(cè)顯示，在特定條件下的極端受力時(shí)，六方金剛石的硬度可比傳統(tǒng)金剛石高出超過50%。

自1962年被預(yù)言存在、1967年在隕石中被發(fā)現(xiàn)以來，六方金剛石能否在實(shí)驗(yàn)室合成一直存在爭(zhēng)議。天然的六方金剛石僅以納米級(jí)微小顆粒鑲嵌在隕石中，在實(shí)驗(yàn)室極端的高溫高壓環(huán)境下更容易生成傳統(tǒng)的立方金剛石，六方結(jié)構(gòu)難以穩(wěn)定形成。直到2025年，中國科學(xué)家才取得了重要突破。

研究團(tuán)隊(duì)從根源入手，自主研制了大腔體單軸高壓設(shè)備。他們使用高純度、結(jié)構(gòu)規(guī)整的熱解石墨作為起始材料，在相當(dāng)于20萬個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的超高壓和約1300攝氏度的高溫下，成功誘導(dǎo)石墨中的碳原子層以特定方式滑動(dòng)、重組，最終構(gòu)筑出了毫米尺寸的六方金剛石晶體。這標(biāo)志著人類在宏觀尺度上掌握了合成這種神秘材料的能力。

此外，團(tuán)隊(duì)運(yùn)用同步輻射X射線衍射、原子分辨率透射電鏡等探測(cè)技術(shù)，清晰地觀察到了其完美的六方晶體結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的原子鍵合特征，獲得了確鑿的身份證明。性能測(cè)試結(jié)果表明，合成的六方金剛石不僅在硬度上超越了傳統(tǒng)金剛石，其抗剪切能力和抗氧化性也更為優(yōu)異。

這項(xiàng)研究意味著一種預(yù)期性能更為極致的超硬材料終于成為人類可以制備和研究的實(shí)體。未來，它有望帶來全新的切割工具、更高效的散熱材料，或在量子傳感等尖端領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

(責(zé)任編輯：0764)

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