Nature正刊-郑州大学为六方金刚石实际应用铺平道路

北京时间5日0时，郑州大学单崇新团队于 Nature 发表题为 Bulk hexagonal diamond文章， 报道了在高温下沿c轴压缩高定向热解石墨（HOPG）合成毫米级纯相六方金刚石（HD）的方法。结合先进的结构表征和理论模拟，证实了HD的结构，并阐明了其从石墨的转化路径。块状HD的硬度略高于CD，且具有较高的热稳定性。这些发现解决了关于HD作为离散碳相是否存在的长期争议，并为石墨到金刚石的相变提供了新的见解，为HD在先进技术应用中的未来研究和实际应用铺平了道路。

石墨的XRD 图谱和P - T相图

HD，又称六方金刚石，因其预测硬度超过CD，且具有作为陨石撞击矿物标志物的潜力而备受关注。自近60年前在峡谷迪亚布罗陨石中首次发现HD以来 ，人们已投入大量精力合成HD，方法包括高温高压（HPHT）处理石墨碳，或通过石墨样品的爆炸或冲击压缩。虽然热解石墨的冲击压缩已提供了HD存在的证据，但其局限性在于只能在压缩波传播过程中原位检测其离散的晶体结构，而压缩波随后会破坏样品。由于热力学稳定性，CD在天然和合成产物中均优先形成，仅少量存在HD或残留石墨。这些多相混合物通常通过X射线衍射(XRD)和选区电子衍射(SAED)数据进行鉴定，但由于其特征重叠，使得HD的精确鉴定变得复杂。一些研究表明，先前归因于HD的结构证据实际上可能对应于具有堆垛层错或纳米级孪晶的CD ，这引发了对HD相有效性的质疑。因此，HD的存在仍然存在争议且难以捉摸，这主要是由于制备块状纯HD相的挑战，阻碍了对其固有性质的进一步理解。

总之，通过在高温高压条件下压缩高定向热解石墨（HOPG）前驱体，成功合成了由堆叠纳米层构成的纯块状金刚石（HD）。结构和光谱分析，以及大规模分子动力学模拟，明确证实了HD的结构，并揭示了层间键合通过抑制基面滑移驱动石墨向HD的转变。HD的硬度值略高于金刚石（CD），同时具有高剪切模量和显著的热稳定性。这些发现不仅为极端条件下石墨向金刚石的转变提供了基础性的见解，而且为制备块状HD提供了一种实用策略。此外，它们可能有助于解释天然六方金刚石的罕见形成，并为HD在先进工业和地球科学领域的应用开辟新的可能性。

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