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中新社长春2月13日电 (记者 郭佳)近日,中国科学家成功合成高质量六方金刚石块材,不仅终结了半个多世纪以来六方钻石能否独立存在的争议,还将其尺寸由纳米级提升到毫米级。
这一重大突破由吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室、综合极端条件高压科学中心刘冰冰教授、姚明光教授团队联合中山大学朱升财教授等合作取得。姚明光13日接受中新社记者采访时介绍,六方金刚石具有出色的物理性质,硬度高达155±9GPa,超过天然金刚石40%以上,真空环境下其热稳定性可达1100℃,优于纳米金刚石的900℃。
六方金刚石于1967年在陨石中被发现,故名“陨石钻石”。它是石墨在陨石撞击地球形成的高温高压条件下转变而成的,但只有纳米大小,且与陨石共生,能否独立存在一直存在争议。
通过长期研究,研究团队发现高压相结构可能是人工合成六方金刚石的关键。因此,他们首先研究了石墨在50GPa超高压高温下的结构变化规律,发现石墨在高压力区间会形成“后石墨相”高压结构,而后再通过局部加热,便获得了六方金刚石。
研究团队结合大尺度分子动力学理论模拟,揭示出石墨层堆叠构型对形成六方金刚石结构的关键作用,证实了石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径。
姚明光表示,此次合成出的六方金刚石是直径为1.2毫米的块体材料。下一步,他们将重点研究合成更大尺寸的块体材料,以便探索更多应用场景下的可能,同时也尝试降低合成压力,寻找更温和条件制备的可行途径。(完)
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