中国科学家造出比钻石更硬的钻石！毫米级“六方金刚石”问世

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钻石，也就是金刚石，是自然界最坚硬的物质之一。科学家通过计算发现，它的强度还能进一步提升，这就是理论中的“六方金刚石”，也称朗斯代尔石。

近日，郑州大学与南京大学等团队在实验室合成出毫米级尺寸的纯相六方金刚石块材，并精确解析了其晶体结构，揭示了全新的相变机制。

原子堆叠方式，决定硬度高低

要理解这项突破为何激动人心，首先需要先了解两种金刚石在原子层面的堆砌结构。

・传统金刚石（立方金刚石）的碳原子排列类似一种极其牢固的三维立体蜂巢结构，层层堆叠，每三层为一个重复周期；

・六方金刚石采用了另一种堆叠方式，每两层是一个重复周期。

左图：普通金刚石的结构；右图：六方金刚石的结构。

这一细微差异使六方金刚石能有效地抵御剪切破坏。理论预测显示，在面对特定条件下的极端受力时，六方金刚石的硬度可比传统金刚石高出超过50%。

从纳米到毫米，跨越半个世纪的飞跃

自1962年被预言存在、1967年在陨石中被发现以来，六方金刚石能否在实验室合成一直存在争论。天然的六方金刚石仅以纳米级微小颗粒镶嵌在陨石中，而且，在实验室极端的高温高压环境下更容易生成传统的立方金刚石，六方结构难以稳定形成。这一研究困境直至2025年才取得重要突破。

这一次，中国科学家给出了确定性的答案。研究团队从根源入手，自主研制了大腔体单轴高压设备。他们以高纯度、结构规整的热解石墨为起点，在相当于20万个标准大气压的超高压和约1300摄氏度的高温下，进行了一场原子尺度的“折纸”，成功诱导石墨中的碳原子层以特定方式滑动、重组，最终构筑出了毫米尺寸的六方金刚石晶体。这标志着人类在宏观尺度上掌握了合成这种神秘材料的能力。

更重要的是，团队运用同步辐射X射线衍射、原子分辨率透射电镜等探测技术，清晰地看到了其完美的六方晶体结构和独特的原子键合特征，获得了如同指纹般确凿的身份证明。性能测试结果更令人振奋：合成的六方金刚石不仅在硬度上超越了传统金刚石，其抗剪切能力和抗氧化性也更为优异。

这项研究意味着，一种预期性能更为极致的超硬材料，终于成为人类可以制备和研究的实体。在未来，它有望带来全新的切割工具、更高效的散热材料，或在量子传感等尖端领域大放异彩。

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