科學(xué)家成功合成硬度兩倍于天然金剛石新材料

天然金剛石在2700多年前被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直被公認(rèn)為自然界中的最硬材料。但是，中國(guó)科學(xué)家成功合成出了硬度兩倍于天然金剛石新材料。中國(guó)材料科學(xué)家燕山大學(xué)田永君教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)馬琰銘教授和美國(guó)芝加哥大學(xué)王雁賓教授合作，在高溫高壓下成功合成出硬度兩倍于天然金剛石的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石塊材。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表在6月12日出版的國(guó)際權(quán)威期刊《自然》雜志上，是繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之后再次取得的突破。

去年，田永君教授研究團(tuán)隊(duì)首先利用洋蔥結(jié)構(gòu)氮化硼前驅(qū)物在高壓下成功合成出納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼，將顯微組織的特征尺寸（平均孿晶厚度）減小到3．8納米，維氏硬度值可達(dá)108GPa，超過了人造金剛石單晶。納米孿晶立方氮化硼的成功合成開辟了一個(gè)同時(shí)提高材料硬度、韌性和熱穩(wěn)定性的新途徑。

到目前為止，通過石墨、非晶碳、玻璃碳和C60等碳前驅(qū)體的高壓相變還不能獲得納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石。為此，田永君教授研究團(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)立方金剛石的同時(shí)還共生出一種單斜結(jié)構(gòu)的金剛石，在文章中他們將其命名為“M－diamond”；在較高溫度下，碳洋蔥轉(zhuǎn)變成單相的納米孿晶結(jié)構(gòu)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(wěn)定性：維氏硬度約為天然金剛石的兩倍，可達(dá)200GPa；空氣中的起始氧化溫度比天然金剛石高出200攝氏度以上。

田永君教授在國(guó)家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目、創(chuàng)新群體項(xiàng)目等的持續(xù)資助下，致力于材料硬度的理論和實(shí)驗(yàn)研究，最終取得這一成果。