吉林大学领衔高压人工合成出陨石中的超级钻石“六方金刚石”

您知道“陨石钻石”吗？钻石，即金刚石，可由碳原子在地壳深处经受巨大压力而天然形成，硬度极高，通常具有立方结构，因实现了人工合成而在众多领域得到了广泛应用，是最锋利的“工业牙齿”和国家战略物资。半个世纪前，另外一种共生于陨石中的“超级钻石”被发现，这种珍稀的、具有六方晶体结构的“陨石钻石”因其更为坚硬而备受关注，然而，人工合成纯相六方金刚石却是长期未能攻破的科学难题。

2月10日，吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室、综合极端条件高压科学中心刘冰冰教授、姚明光教授团队联合中山大学朱升财教授等取得了重大突破，在Nature Materials上发表题为“General Approach for Synthesizing Hexagonal Diamond by Heating Post-Graphite Phases”的最新研究论文，发现了高温高压下石墨经由后石墨相形成六方金刚石的全新路径，并“首次”合成出高质量六方金刚石块材，发现其具有高出立方金刚石的极高硬度和良好的热稳定性。该成果不仅提供了一种纯相六方金刚石人工合成的有效途径，给出了其独立存在的有力证据，也为超硬材料和新型碳材料添加了性能更为优异的新成员，为突破立方金刚石的应用局限提供了可能。该成果对深入了解陨石中钻石的具体来源和重大地质事件也有着重要意义。

陨石中的超级钻石“六方金刚石”

金刚石不仅是人们喜爱的宝石，更是集极高硬度、极耐磨、极高热导率、极宽禁带等优异性能于一体的重要前沿战略材料，被称为“最锋利的工业牙齿”和“国家战略物资”，立方金刚石已经在精密加工、资源开采、信息通讯以及“深空、深地、深海”极端环境等国家重大需求领域发挥了重要作用。六方金刚石首次被发现是在美国亚利桑那州的魔谷陨石中（1967年），这种罕见而珍贵的钻石也因此被称为“陨石钻石”，普遍认为是石墨在陨石撞击地球形成的高温高压条件下转变而成的，理论预测它比立方金刚石还坚硬。但由于陨石快速冲击时间短，六方钻石形成的条件极为苛刻，只有纳米大小，且与陨石共生，因此，六方钻石能否独立存在一直存在争议，实现纯相的人工合成极具挑战。最大的难点是高温高压下六方金刚石的形成能垒高于立方金刚石，高温高压产物往往以立方金刚石为主，难以形成六方金刚石，因此，虽然经过半个多世纪的努力，纯相六方金刚石的人工合成一直未能实现。