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合團隊在國際上首次人工合成出百微米—毫米級、結構有序、高純度的六方金剛石塊體樣品，結合單晶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)結構相似但性能更為優異的同素異形體——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構更趨完美的六方金剛石的持續探索。然而，63年來所有關于六方金剛石這一“超級鉆石”的“發現”都局限于極小尺寸、混相或結構不清的樣品，始終無法確認其作為“真正獨立材料”的存在。

　　經過近10年的持續攻關，聯合團隊采用單晶石墨作為前驅體，在金剛石壓砧內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)