超硬材料領域里程碑式突破!7月31日，中國科學院西安光機所傳來好消息：該所超快光科學與技術全國重點實驗室、北京高壓科學研究中心聯(lián)合團隊在國際上首次人工合成出百微米—毫米級、結(jié)構(gòu)有序、高純度的六方金剛石塊體樣品，結(jié)合單晶X射線衍射、高分辨電子顯微成像及能譜學等多種表征手段，從不同角度全面證明了六方金剛石純相樣品的成功合成。該研究成果在國際頂級期刊《自然》(Nature)上發(fā)表。

　　北京高壓科學研究中心研究員楊文革介紹，1962年，國外學者理論研究表明，存在一種與立方金剛石(鉆石)結(jié)構(gòu)相似但性能更為優(yōu)異的同素異形體——六方金剛石。這一預測引起科學界對合成具有超硬特性且結(jié)構(gòu)更趨完美的六方金剛石的持續(xù)探索。然而，63年來所有關于六方金剛石這一“超級鉆石”的“發(fā)現(xiàn)”都局限于極小尺寸、混相或結(jié)構(gòu)不清的樣品，始終無法確認其作為“真正獨立材料”的存在。

　　經(jīng)過近10年的持續(xù)攻關，聯(lián)合團隊采用單晶石墨作為前驅(qū)體，在金剛石壓砧內(nèi)的準靜水高壓高溫條件(2億兆帕和1400攝氏度)下成功合成出百微米級大小、高度有序的六方金剛石三重孿晶樣品。

　　“2億兆帕和1400攝氏度的高溫高壓條件類似于100輛2噸重的汽車壓在成人指甲蓋上，同時加熱到比火山噴發(fā)瞬間還高的溫度。這樣的極端條件下，難度可想而知。”北京高壓科學研究中心研究員楊留響說。

　　樣品合成后，西安光機所研究員羅端團隊依托超高時空分辨表征技術能力優(yōu)勢，通過原子分辨透射電鏡及電子能量損失譜測量等手段，對樣品進行了深度剖析，確證其為獨立、均一的“超級鉆石”。

　　“六方金剛石具備優(yōu)于立方金剛石的強度、導熱、光學等性能。目前，我們制備的樣品已達到工業(yè)制造領域要求，屬超級切削和耐磨材料，可用于制造‘金剛鉆’，能干更多‘瓷器活’。”羅端說。

　　“下一步，我們將瞄準大尺寸高純度六方金剛石制備目標努力，為超硬磨料、生物傳感器、量子計算元件等制造提供性能更加優(yōu)越的原材料。”北京高壓科學研究中心研究員毛河光說。

　　(記者 霍強)