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超硬材料领域里程碑式突破

我国合成世界首颗“超级钻石”

可用于超硬磨料、生物传感器、量子计算元件等的制造

超硬材料领域里程碑式突破！7月31日，中国科学院西安光机所传来好消息：该所超快光科学与技术全国重点实验室、北京高压科学研究中心联合团队在国际上首次人工合成出百微米—毫米级、结构有序、高纯度的六方金刚石块体样品，结合单晶X射线衍射、高分辨电子显微成像及能谱学等多种表征手段，从不同角度全面证明了六方金刚石纯相样品的成功合成。该研究成果在国际顶级期刊《自然》（Nature）上发表。

北京高压科学研究中心研究员杨文革介绍，1962年，国外学者理论研究表明，存在一种与立方金刚石（钻石）结构相似但性能更为优异的同素异形体——六方金刚石。这一预测引起科学界对合成具有超硬特性且结构更趋完美的六方金刚石的持续探索。然而，63年来所有关于六方金刚石这一“超级钻石”的“发现”都局限于极小尺寸、混相或结构不清的样品，始终无法确认其作为“真正独立材料”的存在。

经过近10年的持续攻关，联合团队采用单晶石墨作为前驱体，在金刚石压砧内的准静水高压高温条件（2亿兆帕和1400摄氏度）下成功合成出百微米级大小、高度有序的六方金刚石三重孪晶样品。

“2亿兆帕和1400摄氏度的高温高压条件类似于100辆2吨重的汽车压在成人指甲盖上，同时加热到比火山喷发瞬间还高的温度。这样的极端条件下，难度可想而知。”北京高压科学研究中心研究员杨留响说。

样品合成后，西安光机所研究员罗端团队依托超高时空分辨表征技术能力优势，通过原子分辨透射电镜及电子能量损失谱测量等手段，对样品进行了深度剖析，确证其为独立、均一的“超级钻石”。

“六方金刚石具备优于立方金刚石的强度、导热、光学等性能。目前，我们制备的样品已达到工业制造领域要求，属超级切削和耐磨材料，可用于制造‘金刚钻’，能干更多‘瓷器活’。”罗端说。

“下一步，我们将瞄准大尺寸高纯度六方金刚石制备目标努力，为超硬磨料、生物传感器、量子计算元件等制造提供性能更加优越的原材料。”北京高压科学研究中心研究员毛河光说。

（记者 霍强）

编辑：韩睿