中国研制出硬度超钻石50%的王者钻石

中国科学家首次成功合成毫米级纯相六方金刚石,解决了存在60多年的科学争议。这种比传统金刚石硬度高50%的材料,在抗剪切和抗氧化方面也更胜一筹。该突破有望应用于切割工具、散热材料及量子传感等领域。

Rain科技3月8日消息,大家都知道,钻石,或者说金刚石,是自然界最坚硬的物质,不过在它之上还有更强的王者:六方晶系金刚石,也叫朗斯代尔石。

郑州大学与南京大学等团队的研究人员,在实验室中首次合成了尺寸达到毫米级的纯相六方金刚石,这不仅在实验室研究中取得了突破性进展,也可能为解决科学界长达60余年的理论争议画上了句号。

比钻石还要硬50%的王者钻石!中国搞出来了

六方金刚石之所以硬度更高,得益于其独特的六方晶体对称性。这种特殊的内部结构改变了材料在承受外力时的应力分布方式,使其能够更有效地抵抗剪切破坏。理论预测表明,在受到特定极端应力时,六方金刚石的硬度甚至可以比传统金刚石高出50%以上,这标志着其潜在的性能优势。

事实上,六方金刚石的概念早在1962年就被科学家们预测存在,并在1967年首次在陨石中被发现。然而,迄今为止,天然存在的六方金刚石都极其微小,仅以纳米级的颗粒形式镶嵌在陨石中,这使得对这种超硬材料的深入研究和应用变得极为困难。本次中国科学家们的成功,是将理论研究推向了实际应用的关键一步。

此次研究中,科学家们以前所未有的方式,以高纯度、结构规整的热解石墨为初始材料。在相当于20万个标准大气压的超高压和约1300摄氏度的高温条件下,通过精密的原子尺度调控,成功诱导石墨中的碳原子层以特定的方式滑动并重组,最终构筑出了前所未有的毫米尺寸六方金刚石晶体。这意味着人类首次在宏观尺度上实现了对这种神秘材料的制备。

实验测试结果显示,此次合成的六方金刚石不仅在硬度上超越了传统金刚石,在抗剪切能力和抗氧化性方面也表现出显著的优异性能。这些特性为六方金刚石在未来各领域的应用打开了广阔的前景。例如,它有望用于制造更先进、更耐用的切割工具,或者作为一种新型的高效散热材料,尤其是在电子设备和高性能计算领域。此外,其独特的物理性质也可能使其在量子传感等前沿科技领域发挥重要作用。

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左图:普通金刚石的结构;右图:六方金刚石的结构

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