中國極硬材料合成再獲突破 硬度兩倍於金剛石

燕山大學教授田永君團隊與吉林大學教授馬琰銘和美國芝加哥大學教授王雁賓合作，繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之後再次取得突破，在高溫高壓下成功地合成出硬度兩倍於天然金剛石的納米孿晶結構金剛石塊材。6月12日，研究成果在《自然》上發表。

天然金剛石一直被公認為自然界中最硬的材料。1955年美國通用電氣公司利用高溫高壓技術在實驗室合成人造金剛石單晶後，合成出比天然金剛石更硬的新材料就成為科學界和產業界的共同夢想。2013年，田永君團隊首先利用洋蔥結構氮化硼前驅物在高壓下成功地合成出納米孿晶結構立方氮化硼，其硬度超過了人造金剛石單晶。

到目前為止，通過石墨、非晶碳、玻璃碳和碳60等碳前驅體的高壓相變還不能獲得納米孿晶結構金剛石。為此，田永君團隊及其合作者開始研究洋蔥碳在高溫高壓下的相變過程。在較低溫度下洋蔥碳在形成納米孿晶結構立方金剛石的同時還共生出一種單斜結構的金剛石；在較高溫度下，碳洋蔥轉變成了單相的納米孿晶結構金剛石，孿晶的平均厚度小到5納米。這種納米孿晶金剛石具有從未有過的硬度和穩定性：維氏硬度約為天然金剛石的兩倍，空氣中的起始氧化溫度比天然金剛石高出200攝氏度以上。


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