大眾所熟知的金剛石是自然界中的最堅硬的物質(zhì)之一。研究發(fā)現(xiàn)，在隕石中被發(fā)現(xiàn)的六方金剛石，其硬度高于普通金剛石，具有更高價值，然而高純度六方金剛石的人工合成一直是世界難題。我國科學(xué)家日前成功合成百微米級的六方金剛石，該成果30日發(fā)表于國際期刊《自然》。

金剛石的碳原子排布呈四面體網(wǎng)格狀，堅硬又耐磨，被稱為“硬度之王”。然而這一結(jié)構(gòu)也有弱點：某些平面一旦受力，就容易錯位滑移，限制其強(qiáng)度。于是科學(xué)家把眼光投向另一種結(jié)構(gòu)更精美、性質(zhì)更優(yōu)越的超級鉆石——六方金剛石。

六方金剛石的形成條件極為苛刻，人工合成最大難點在于高溫高壓下六方金剛石的形成能量高于普通金剛石，因此高溫高壓產(chǎn)物常以普通金剛石為主，而難以得到六方金剛石。

我國科學(xué)家創(chuàng)新提出了一種由石墨到六方金剛石轉(zhuǎn)變的方法，在可控的高溫高壓、準(zhǔn)靜水壓條件下，壓縮和加熱石墨單晶，最終得到高純度六方金剛石。

左圖為常見金剛石的碳原子結(jié)構(gòu)排列，右圖為六方金剛石的碳原子排列。（受訪者供圖）

“普通金剛石的碳原子以相同的鍵長相連接。而我們合成的六方金剛石碳原子之間存在兩種不同鍵長，四分之一的‘碳-碳’鍵更短更強(qiáng)，克服了金剛石密堆積面易滑移的弱點，具備更優(yōu)越的硬度、韌性。”論文通信作者楊文革說。

論文第一作者、北京高壓科學(xué)研究中心研究員楊留響介紹，高純度六方金剛石的合成，歸功于兩項關(guān)鍵技術(shù)：一是選擇純度高、無雜質(zhì)的天然石墨單晶，有助于得到純度更高、微米級大小、結(jié)構(gòu)有序的六方金剛石樣品；二是采用恰當(dāng)?shù)奶綔y手段——研發(fā)人員給石墨晶體不斷加壓，并用高壓原位X光觀測樣品變化，避免了密堆積面的滑移，最終制得純凈、未變形的六方金剛石塊體。

“這項工作為下一步類金剛石材料研究奠定方法基礎(chǔ)。六方金剛石更加出色的硬度、導(dǎo)熱性、光學(xué)性能、量子特性等，也將為超硬材料和高端電子器件研發(fā)開辟新路徑。”高壓物理學(xué)家、中科院外籍院士毛河光說。