■本报记者刘如楠

“金刚石是当然界最硬的物资，已往群众说的金刚石是立方金刚石，咱们如今合成出的六方金刚石硬度比立方金刚石更高。”郑州大学物理学院说明杨西贵告诉《中国科学报》。

杨西贵地点的郑州大学金刚石材料与器件团队到手合成出毫米级尺寸的纯相六方金刚石块材，并精阐述识了其晶体结构，揭示了全新的相变机制。近日，谈论究诘成果发表于《当然》。

问鼎华夏，求解六方金刚石合成之谜

金刚石凭借其最高的硬度、优异的热导率、最快的声传输速率等特质，在磨具磨料、珠宝首饰、散热材料、顶点环境光学元件及异日半导体等诸多限制中展现出广袤的应用长进，被誉为“工业牙齿”和“终极半导体”。

传统金刚石为立方晶捆绑构，而在64年前，究诘者从表面上展望六方晶系金刚石可能存在。1967年，科学家在陨石中发现了一种六方结构的碳同素异形骸，即六方金刚石，又称为“朗斯代尔石”或“陨石钻石”。特有的原子堆垛口头赋予它超过立方金刚石的硬度，引起了学界的平淡关心。

在碳材料的究诘中，碳原子共有三种杂化轨说念类型，即sp1、sp2、sp3，分别代表着碳原子之间不同的连结形态。

杨西贵先容：“sp1眷属有碳链、碳环、石墨炔，sp2眷属有石墨、石墨烯、富勒烯、碳纳米管，sp3眷扎咫尺唯有立方金刚石被平淡应用。咱们估计，一定还有其他眷属成员未被阐述，而六方金刚石的可能性最大。”

从2021年起，郑州大学金刚石材料与器件团队便开启了六方金刚石的合成与究诘之路。

2025年，就在团队投稿《当然》后审稿返修时，吉林大学和北京高压科学究诘中心的科研团队先后合成出了六方金刚石块材，并发表究诘论文。

“这特地于近几年来3个寥落究诘组在求解吞并个问题：六方金刚石能否在试验室合成？但在论文发表之前，咱们彼此齐不知说念对方的责任。”杨西贵说。

开荒新工夫，迫使六方金刚石“现身”

从究诘到发表，这项责任整整阅历了5年时分。为什么时分这样久？

杨西贵先容，这是由于自然六方金刚石的酿成源于陨石撞击所产生的顶点条目，历程片晌且概率极低。它仅以纳米级颗粒嵌在陨石中，极难分离。况兼，六方金刚石在试验条目下的酿成能垒高于立方金刚石，导致高温高压合成居品多以立方相为主。因此，六方金刚石能否寥落长远存在，长期以来一直存在争议。

六方金刚石和立方金刚石就像一双“孪生手足”，立方金刚石已被东说念主熟知，六方金刚石却不不绝“现身”，若是仅拿到六方金刚石暗昧的、局部的相片，小九体育不及以明确分歧二者。科研团队要作念的，一是期骗外界条目“逼迫”六方金刚石“现身”；二是找到独属于六方金刚石的特征记号，匡助东说念主们精确分歧。

基于以往的究诘基础，科研团队决定从工夫门路碎裂，以高定向热解石墨为原材料，精确抵制压力和温度条目，开荒大腔体单轴高压工夫，率领石墨中的碳原子重组成六方金刚石。

已往高温高压汲引通过液压系统收场对样品各个办法的均匀加压，而要念念石墨“变身”六方金刚石，仅需要施加轴方朝上的压力。

“听起来似乎很简便，把前后傍边方朝上的压力去掉不就行了？但其实这是在原子圭臬上‘持橡皮泥’，‘持’的力度特地于20万个程序大气压，还要在1300摄氏度的高温下进行。”杨西贵说，“为了收场这一构念念，团队开荒了大腔体单轴高压工夫和合成工艺。在这一工夫加持下，高定向热解石墨中的碳原子受限滑移，组成了六方金刚石特有的堆叠结构。”

合成单晶，作念大尺寸

由于六方金刚石和立方金刚石的原子结构高度相通，当科研东说念主员让六方金刚石到手“现身”后，还需要找到它特有的脚迹，幸免认错。

郑州大学物理学院说明程少博先容，团队期骗同步放射X射线衍射、球差立异透射电子显微镜及电子能量升天谱等妙技，系统观点了六方金刚石的晶体结构与成键特征，获取了流露的原子级分辨图像。这就像是找到了它的特有“指纹”，明晰无疑地阐述了它的身份。

六方金刚石特有的六方晶体对称性，改动了材料里面招架应力的口头，使其能更有用地起义剪切冒失。表面展望骄贵，在濒临特定条目下的顶点受力时，六方金刚石的硬度比立方金刚石高58%。

后续的性能测试标明，科研团队制备出的六方金刚石维氏硬度和剪切模量均优于传统的立方金刚石。

这意味着，一种预期性能更为极致的超硬材料，终于走出了表面展望和陨石传奇，成为东说念主类不错制备和究诘的实体。这一究诘也被审稿东说念主评价为“极具劝服力，呈现了更齐全的究诘全貌，处置了六方金刚石存在性这一长期争议的问题”。

“异日小九体育在线直播官网平台，咱们一方面但愿握住优化合成工夫制备出单晶，另一方面但愿把样品尺寸作念大，激动其在多个限制骨子应用。”郑州大学物理学院说明单崇新说。

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