中國材料科學(xué)家、燕山大學(xué)田永君教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊與吉林大學(xué)馬琰銘教授和美國芝加哥大學(xué)王雁賓教授合作，繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之后再次取得突破，在高溫高壓下成功地合成出硬度兩倍于天然金剛石的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石塊材。研究成果發(fā)表在2014年6月12日的《自然》雜志上。 天然金剛石在2 700多年前被發(fā)現(xiàn)以來，一直被公認(rèn)為自然界中的最硬材料。1955年美國通用電氣公司利用高溫高壓技術(shù)在實驗室成功地合成出人造金剛石單晶，掀開了金剛石工業(yè)應(yīng)用的新篇章，成為超硬材料研究的里程碑，從此合成出比天然金剛石更硬的新材料就變成了科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的共同夢想。

但是經(jīng)過多年努力之后，科學(xué)家們開始對實現(xiàn)這一夢想感到失望。英國劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室的兩位學(xué)者就曾撰寫一篇題為“比金剛石更硬：只是幻想”的文章，指出：“事實上，到目前為止既沒有發(fā)現(xiàn)天然材料也沒有發(fā)現(xiàn)合成材料比天然金剛石更硬，而且能夠合成出比天然金剛石更硬的材料幾乎是不太可能的”。

2013年，田永君教授研究團(tuán)隊首先利用洋蔥結(jié)構(gòu)氮化硼前驅(qū)物在高壓下成功地合成出納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼，其硬度超過了人造金剛石單晶。納米孿晶立方氮化硼的成功合成開辟了一個同時提高材料硬度、韌性和熱穩(wěn)定性的新途徑。

到目前為止，通過石墨、非晶碳、玻璃碳和C60等碳前驅(qū)體的高壓相變還不能獲得納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石。為此，田永君教授研究團(tuán)隊及其合作者開始研究洋蔥碳在高溫高壓下的相變過程。在較低溫度下洋蔥碳在形成納米孿晶結(jié)構(gòu)立方金剛石的同時還共生出一種單斜結(jié)構(gòu)的金剛石；在較高溫度下，碳洋蔥轉(zhuǎn)變成了單相的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石，孿晶的平均厚度小到5 nm。這種納米孿晶金剛石具有從未有過的硬度和穩(wěn)定性：維氏硬度約為天然金剛石的兩倍，空氣中的起始氧化溫度比天然金剛石高出200 ℃以上。