实验室长出“超级钻石”——我国科学家合成块状六方金刚石-【MEY工业椅网】

（来源：科创中国）
“通常来讲，我们认为立方金刚石是最硬的材料，但六方金刚石比它的硬度更高。”北京高压科学研究中心主任杨文革告诉记者，前不久，其团队联合中国科学院西安光学精密机械研究所罗端团队，首次在国际上成功合成百微米至毫米级、结构有序、高纯度的“超级钻石”——六方金刚石块体样品，相关论文发表于《自然》。
　　此研究证实，六方金刚石是立方金刚石的六方对应物。研究人员通过实验并使用多种表征方式验证了六方金刚石的存在，完整描述了其晶体结构、电子结构、应力学性质和光学透明性等各种特性。这终结了学界60多年来关于六方金刚石是否作为真实矿物存在的争议。
　　从理论走向实验室
　　立方金刚石是碳材料，它的独特电子结构叫做SP3，其碳原子之间以1.54埃的键长和109.5°的键角相互结合，形成完美的四面体结构。这种单一类型的键合在二维方向上无限延伸，形成褶皱的蜂窝状碳层，而这些层在三维方向上以相同的1.54埃键长堆叠。“这种碳原子结构单元决定了金刚石的硬度和其他极端特性，但其层间的键合相对较弱，从而限制了金刚石的整体强度。”杨文革介绍，六方金刚石也以SP3碳原子结构单元为构成基础，但其层间键高度被大量缩短，层和层之间的作用力更强，意味着其硬度更高。
　　此前，地质学家凯瑟琳·朗斯代尔在迪亚布洛峡谷铁陨石中发现了天然的六方金刚石，但那时候科学家只能借助X光衍射观察到六方金刚石的粉晶混合体。数十年来，科学家曾通过模拟陨石撞击地球时产生高温高压快速形变条件的动态爆炸和类似深海条件下的静态压缩等方式，探测研究六方金刚石的形成机制。
　　“之前，从未有科学家发现超过几个原子层厚度的块状六方金刚石，这导致很长一段时间里，六方金刚石充满争议。它是否只能夹杂在立方金刚石里，而非一种独立的新材料？它是否只是石墨演变成金刚石的中间过渡相？它是否只是在某种冲击波极端条件下才能形成的微量物质？学界甚至对其作为一种真实物相的存在产生怀疑。”杨文革说。
　　全面“扫描”合成过程
　　“我们首次通过高压原位观测到石墨转变为六方金刚石的过程，为之后稳定合成块状六方金刚石打下了基础。”论文第一作者杨留响一边向记者展示一块1毫米的“黑盐粒”，一边说。科学家此前也曾尝试合成过六方金刚石，但相关样品包含不同比例的立方金刚石、无定形碳或残留石墨，因此无法从这种多相混合物中