研究背景
立方金刚石（CD）被誉为 “终极半导体”，在科学研究与工业应用领域均受到广泛关注。其多晶型 —— 六方金刚石（HD），因与陨石撞击相关的独特性能而更具研究价值。由于迄今尚无确凿的实验证据证实其存在，六方金刚石的物理性质仍未被充分探索。本文报道了以高定向热解石墨（HOPG）为原料，沿 c 轴在高温高压条件下合成出毫米级、纯相的六方金刚石。结合先进的结构表征技术与理论模拟，我们确认了六方金刚石的物相结构，并阐明了石墨向其转变的路径。块体六方金刚石的硬度略高于立方金刚石，且具有高热稳定性。本研究解决了长期以来关于六方金刚石是否为独立碳相的争议，为石墨–金刚石相变机理提供了新认识，也为六方金刚石在未来先进技术领域的研究与实际应用奠定了基础。
郑州大学单崇新教授、程少博教授、杨西贵教授联合南京大学孙建教授在《Nature》上发表了题为“Bulk hexagonal diamond”的研究论文。
图文解析
图1 石墨的XRD谱图和P-T相图。
图2 在 20 GPa、1300 °C 条件下获得并回收的块体六方金刚石（HD）的原子结构表征。
图3 基于机器学习势函数的大规模分子动力学模拟，揭示高定向热解石墨（HOPG）向六方金刚石（HD）转变的结构演化过程。
图4 块体六方金刚石（HD）的力学性能与热学性质表征。
结论
总体而言，这项研究首次实现了毫米级纯相六方金刚石的可控合成，并通过多尺度实验与理论模拟明确揭示了其形成机制。研究表明，在高温高压条件下，通过限制石墨层滑移并促进层间键形成，可以有效诱导石墨向六方金刚石转变。实验结果进一步证明，这种材料不仅具有与天然钻石相当甚至略高的硬度，还表现出更高的弹性模量和优异的热稳定性。这一成果不仅终结了持续数十年的“六方金刚石是否真实存在”的科学争论，也为未来开发新型超硬材料提供了全新思路。随着合成技术的进一步优化，若能制备出更大尺寸的单晶HD材料，其在高端制造、极端环境工程以及深地科学研究中的应用潜力将更加广阔。
文献信息
Bulk hexagonal diamond. Nature (2026).Lai, S., Yang, X., Shi, J. et al.
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10212-4
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