近日，吉林大學(xué)高壓與超硬材料全國重點實驗室傳來振奮人心的消息，該實驗室的劉冰冰教授和姚明光教授團隊攜手中山大學(xué)朱升財教授，在超硬材料研究領(lǐng)域取得了突破性進展。他們的研究成果以“一種合成六方金剛石的新方法”為題，發(fā)表在國際頂級期刊《自然·材料》上。

這項研究揭示了石墨在高溫高壓條件下，通過一種名為“后石墨相”的中間態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱浇饎偸娜侣窂?。科學(xué)家們不僅首次成功合成了高質(zhì)量的六方金剛石塊材，還發(fā)現(xiàn)其硬度遠超普通立方金剛石，同時具備良好的熱穩(wěn)定性。這一發(fā)現(xiàn)不僅為人工合成六方金剛石提供了有效手段，還為超硬材料和新型碳材料家族增添了性能卓越的新成員。

金剛石，以其極高的硬度和獨特的物理性質(zhì)，被譽為“最鋒利的工業(yè)牙齒”，在精密加工、資源開采等多個領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。然而，六方金剛石，這種在隕石中發(fā)現(xiàn)的珍稀鉆石形態(tài)，因其更為堅硬的特質(zhì)而備受矚目。長期以來，人工合成純相六方金剛石一直是科學(xué)家們難以攻克的難題。

六方金剛石首次被發(fā)現(xiàn)于1967年的美國亞利桑那州魔谷隕石中，因其罕見和珍貴而被稱為“隕石鉆石”。盡管科學(xué)家們普遍認為六方鉆石是由石墨在隕石撞擊地球時形成的高溫高壓條件下轉(zhuǎn)變而成，但由于形成條件極為苛刻，且六方鉆石尺寸極小，與隕石共生，因此其能否獨立存在一直存在爭議。

吉林大學(xué)的研究團隊在超高壓下碳及相關(guān)材料的實驗研究中積累了豐富的經(jīng)驗。他們通過巧妙設(shè)計高溫高壓實驗，利用激光加溫金剛石對頂砧技術(shù)，原位研究了石墨在超高壓高溫下的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，石墨在高壓力區(qū)間會形成“后石墨相”高壓結(jié)構(gòu)，再通過局部加熱成功獲得了六方金剛石。

為了進一步驗證這一發(fā)現(xiàn)，研究團隊結(jié)合大尺度分子動力學(xué)理論模擬，揭示了石墨層堆疊構(gòu)型對形成六方金剛石結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵作用。這一研究成果不僅證實了石墨經(jīng)由后石墨相形成六方金剛石的全新路徑，還為人工合成六方金剛石提供了理論支撐。

研究團隊還自主研發(fā)了大腔體超高壓實驗技術(shù)，成功在高溫下實現(xiàn)了40GPa的超高壓，將原有的壓力極限提升了60%。這一技術(shù)突破為高溫高壓材料宏量制備提供了有力支持。在30GPa、1400℃的條件下，他們成功制備出了毫米級高取向六方金剛石塊材。