近日,陨石钻石記者從吉林大學獲悉,国科該校聯合中山大學組成科研團隊,成功發現了高溫高壓下石墨經由後石墨相形成六方金剛石的合成全新路徑,並人工合成出高質量六方金剛石塊材料,陨石钻石其硬度高出立方金剛石,国科具有良好的成功熱穩定性。
六方金剛石也被稱為“隕石鑽石”,合成首次被發現是陨石钻石在美國一隕石坑中,理論預測它比立方金剛石還要堅硬。国科六方金剛石的成功形成條件極為苛刻,隻有納米大小,合成且與隕石共生。陨石钻石因此,国科六方金剛石能否獨立存在尚存爭議,成功人工合成純相六方金剛石更是極具挑戰性。
鑒於六方金剛石形成過程中的超高壓和高溫條件,科研團隊設計了高溫高壓實驗。首先,利用激光加溫金剛石對頂砧技術原位研究石墨在50GPa超高壓高溫下的結構變化規律,發現石墨在高壓力區間會形成後石墨相高壓結構,再通過局部加熱成功獲得六方金剛石。科研團隊還進一步結合大尺度分子動力學理論模擬,揭示出石墨層堆疊構型對形成六方金剛石結構的關鍵作用,證實了石墨經由後石墨相形成六方金剛石的全新路徑。
在30GPa、1400℃的條件下,科研團隊成功製備出毫米級高取向六方金剛石塊材,發現其硬度高達155±9GPa,超過天然金剛石40%,真空環境下其熱穩定性可達1100℃,優於納米金剛石的900℃。
該研究成果不僅提供了六方金剛石獨立存在的有力證據,也提供了一種純相六方金剛石人工合成的有效途徑,為超硬材料和新型碳材料添加了性能更為優異的新成員,對深入了解隕石中鑽石的具體來源和重大地質事件也有著重要意義。