兩倍于天然金剛石硬度的新材料問(wèn)世

燕山大學(xué)教授田永君團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)教授馬琰銘、美國(guó)芝加哥大學(xué)教授王雁賓合作,在高溫高壓下成功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,這是他們繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之后的又一新突破。該研究成果發(fā)表在6月12日《自然》雜志上。

天然金剛石一直被公認(rèn)為自然界中最硬的材料,但由于熱穩(wěn)定性差,導(dǎo)致其在切割、鉆孔等方面的應(yīng)用受限。1955年美國(guó)通用電氣公司利用高溫高壓技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室合成人造金剛石單晶后,合成出比天然金剛石更硬的材料成為科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的共同夢(mèng)想。2013年,田永君團(tuán)隊(duì)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(guò)了人造金剛石單晶。該研究通過(guò)人工合成方式獲得了硬度超過(guò)金剛石單晶的立方氮化硼材料,突破了人們對(duì)材料硬化機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí),找到了一種合成高性能超硬材料的全新途徑。

到目前為止,通過(guò)石墨、非晶碳、玻璃碳和碳60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,田永君團(tuán)隊(duì)及其合作者開(kāi)始研究洋蔥碳在高溫高壓下的相變過(guò)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(shí),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,孿晶的平均厚度小于5納米。這種納米孿晶金剛石具有從未有過(guò)的硬度和穩(wěn)定性。這一研究成果將在制造獨(dú)特性能的新材料領(lǐng)域具有廣闊前景。 (科技日?qǐng)?bào))