中国科研团队突破性合成超级钻石：六方金刚石硬度超越立方金刚石

【蜂耘网 新材料】2025年2月10日，一项来自中国科研团队的重大突破在科学界引起了广泛关注。吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室和综合极端条件高压科学中心的刘冰冰教授、姚明光教授团队，携手中山大学朱升财教授等，在Nature Materials上发表了一篇题为“General Approach for Synthesizing Hexagonal Diamond by Heating Post-Graphite Phases”的最新研究论文。该研究揭示了高温高压条件下，石墨通过一种全新的后石墨相路径转变为六方金刚石的机制，并首次成功合成了高质量六方金刚石块材。这一成果不仅为超硬材料的研究开辟了新方向，更展示了六方金刚石在硬度上超越传统立方金刚石的潜力，同时具备良好的热稳定性。

图 1. 超高压高温下获得的纯相六方金刚石光学照片与透射电镜照片

长期以来，金刚石以其极高的硬度和独特的物理性质，在工业、科技乃至国防领域发挥着不可替代的作用。传统金刚石主要为立方结构，而六方金刚石则因其特殊的晶体结构，在理论上被预测具有更高的硬度。然而，六方金刚石的合成一直是材料科学领域的难题，因为其稳定的合成条件极为苛刻，且难以获得大块、高质量的晶体。

此次研究中，吉林大学与中山大学的科研团队通过精密的实验设计和高压高温技术，探索出了一条全新的合成路径。他们发现，在特定的温度和压力条件下，石墨会经历一系列复杂的相变过程，最终形成后石墨相。这一中间相是合成六方金刚石的关键步骤。通过精确控制加热过程，科研团队成功地将后石墨相转化为六方金刚石，实现了从理论预测到实际合成的跨越。

图 2. 石墨经由后石墨相向六方金刚石结构转变的动力学模拟及其与实验电镜对比照片

实验结果显示，合成的六方金刚石块材不仅硬度远超普通立方金刚石，而且在高温下仍能保持良好的稳定性。这一发现打破了传统金刚石硬度的极限，预示着六方金刚石在超硬材料、切削工具、耐磨涂层以及高温高压环境下的应用前景广阔。此外，六方金刚石的特殊晶体结构还可能赋予其在光学、电子学等领域的独特性能，为新材料的发展提供新的可能。

六方金刚石的合成，不仅是对超硬材料领域的一次重大贡献，更是对材料科学基础研究的深化。它揭示了高温高压条件下物质相变的新机制，为探索其他新型超硬材料提供了理论指导和实验依据。

在应用层面，六方金刚石的极高硬度和热稳定性，使其在极端条件下的工具制造、材料加工、航空航天等领域具有巨大潜力。同时，其独特的物理和化学性质也可能在电子器件、传感器、光学元件等方面展现出新的应用价值。

（蜂耘新材料网  责任编辑：科技蜜）