科學家合成兩倍鑽石硬度材料

2021-03-04 企鵝科學

據新華網報導，天然金剛石在2700多年前被發現以來，一直被公認為自然界中的最硬材料。但是，中國科學家成功合成出了硬度兩倍於天然金剛石新材料。

中國材料科學家燕山大學田永君教授領導的研究團隊與吉林大學馬琰銘教授和美國芝加哥大學王雁賓教授合作，在高溫高壓下成功合成出硬度兩倍於天然金剛石的納米孿晶結構金剛石塊材。

這項研究成果發表在6月12日出版的國際權威期刊《自然》雜誌上，是繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之後再次取得的突破。

去年，田永君教授研究團隊首先利用洋蔥結構氮化硼前驅物在高壓下成功合成出納米孿晶結構立方氮化硼，將顯微組織的特徵尺寸（平均孿晶厚度）減小到3．8納米，維氏硬度值可達108GPa，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闢了一個同時提高材料硬度、韌性和熱穩定性的新途徑。

到目前為止，通過石墨、非晶碳、玻璃碳和C60等碳前驅體的高壓相變還不能獲得納米孿晶結構金剛石。為此，田永君教授研究團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構立方金剛石的同時還共生出一種單斜結構的金剛石，在文章中他們將其命名為「M－diamond」；在較高溫度下，碳洋蔥轉變成單相的納米孿晶結構金剛石，孿晶的平均厚度小到5納米。這種納米孿晶金剛石具有從未有過的硬度和穩定性：維氏硬度約為天然金剛石的兩倍，可達200GPa；空氣中的起始氧化溫度比天然金剛石高出200攝氏度以上。

田永君教授在國家傑出青年科學基金項目、重點項目、創新群體項目等的持續資助下，致力於材料硬度的理論和實驗研究，最終取得這一成果。

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  • 燕山大學成功合成硬度超金剛石新材料
    本報北京5月23日電 據新華社記者齊雷傑報導，記者5月21日從河北省教育廳科技處獲悉，日前，燕山大學成功合成出納米孿晶結構立方氮化硼新材料。這種材料具有多種優良特性，未來有望成為鋼鐵行業廣泛應用的新一代刀具材料。