科学家成功合成硬度两倍于天然金刚石新材料

天然金刚石在2700多年前被发现以来，一直被公认为自然界中的最硬材料。但是，中国科学家成功合成出了硬度两倍于天然金刚石新材料。中国材料科学家燕山大学田永君教授领导的研究团队与吉林大学马琰铭教授和美国芝加哥大学王雁宾教授合作，在高温高压下成功合成出硬度两倍于天然金刚石的纳米孪晶结构金刚石块材。

这项研究成果发表在6月12日出版的国际权威期刊《自然》杂志上，是继2013年合成出极硬纳米孪晶立方氮化硼之后再次取得的突破。

去年，田永君教授研究团队首先利用洋葱结构氮化硼前驱物在高压下成功合成出纳米孪晶结构立方氮化硼，将显微组织的特征尺寸（平均孪晶厚度）减小到3．8纳米，维氏硬度值可达108GPa，超过了人造金刚石单晶。纳米孪晶立方氮化硼的成功合成开辟了一个同时提高材料硬度、韧性和热稳定性的新途径。

到目前为止，通过石墨、非晶碳、玻璃碳和C60等碳前驱体的高压相变还不能获得纳米孪晶结构金刚石。为此，田永君教授研究团队及其合作者开始研究洋葱碳在高温高压下的相变过程。在较低温度下洋葱碳在形成纳米孪晶结构立方金刚石的同时还共生出一种单斜结构的金刚石，在文章中他们将其命名为“M－diamond”；在较高温度下，碳洋葱转变成单相的纳米孪晶结构金刚石，孪晶的平均厚度小到5纳米。这种纳米孪晶金刚石具有从未有过的硬度和稳定性：维氏硬度约为天然金刚石的两倍，可达200GPa；空气中的起始氧化温度比天然金刚石高出200摄氏度以上。

田永君教授在国家杰出青年科学基金项目、重点项目、创新群体项目等的持续资助下，致力于材料硬度的理论和实验研究，最终取得这一成果。