我国科学家合成了钻石里的“六边形战士”

  大众所熟知的金刚石是自然界中的最坚硬的物质之一。研究发现，在陨石中被发现的六方金刚石，其硬度高于普通金刚石，具有更高价值，然而高纯度六方金刚石的人工合成一直是世界难题。我国科学家日前成功合成百微米级的六方金刚石，该成果30日发表于国际期刊《自然》。

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  金刚石的碳原子排布呈四面体网格状，坚硬又耐磨，被称为“硬度之王”。然而这一结构也有弱点：某些平面一旦受力，就容易错位滑移，限制其强度。于是科学家把眼光投向另一种结构更精美、性质更优越的超级钻石——六方金刚石。

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  六方金刚石的形成条件极为苛刻，人工合成最大难点在于高温高压下六方金刚石的形成能量高于普通金刚石，因此高温高压产物常以普通金刚石为主，而难以得到六方金刚石。

  我国科学家创新提出了一种由石墨到六方金刚石转变的方法，在可控的高温高压、准静水压条件下，压缩和加热石墨单晶，最终得到高纯度六方金刚石。

　　左图为常见金刚石的碳原子结构排列，右图为六方金刚石的碳原子排列。（受访者供图）

  “普通金刚石的碳原子以相同的键长相连接。而我们合成的六方金刚石碳原子之间存在两种不同键长，四分之一的‘碳-碳’键更短更强，克服了金刚石密堆积面易滑移的弱点，具备更优越的硬度、韧性。”论文通信作者杨文革说。

  论文第一作者、北京高压科学研究中心研究员杨留响介绍，高纯度六方金刚石的合成，归功于两项关键技术：一是选择纯度高、无杂质的天然石墨单晶，有助于得到纯度更高、微米级大小、结构有序的六方金刚石样品；二是采用恰当的探测手段——研发人员给石墨晶体不断加压，并用高压原位X光观测样品变化，避免了密堆积面的滑移，最终制得纯净、未变形的六方金刚石块体。

  “这项工作为下一步类金刚石材料研究奠定方法基础。六方金刚石更加出色的硬度、导热性、光学性能、量子特性等，也将为超硬材料和高端电子器件研发开辟新路径。”高压物理学家、中科院外籍院士毛河光说。（记者张漫子）