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。在不同的晶體學取向上，天然金剛石的壓痕硬度為60?120GPa。1955年美國通用電氣公司利用高溫高壓技術在實驗室成功地合成出人造金剛石單晶，掀開了金剛石工業應用的新篇章，成為超硬材料研究的里程碑，從此合成出比天然金剛石更硬的新材料就變成了科學界和產業界的共同夢想。但是經過多年努力之后，科學家們開始對實現這一夢想感到失望。正值金剛石成功合成50周年之際，英國劍橋大學卡文迪許實驗室的兩位學者就曾撰寫一篇題為“比金剛石更硬：只是幻想”的文章（Nature Materials 4（2005），4）。他們在文中明確指出：“事實上，到目前為止既沒有發現天然材料也沒有發現合成材料比天然金剛石更硬，而且能夠合成出比天然金剛石更硬的材料幾乎是不太可能的”。

　　田永君教授研究團隊的前期理論研究表明：在納米尺度，多晶極性共價材料的硬化除了Hall-Petch效應的貢獻還有量子限域效應的附加貢獻，能夠導致材料隨顯微組織特征尺寸減小而持續硬化卻不軟化。去年，他們首先利用洋蔥結構氮化硼前驅物在高壓下成功地合成出納米孿晶結構立方氮化硼（Nature 493(2013), 385），將顯微組織的特征尺寸（平均孿晶厚度）減小到3.8nm，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辟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，碳洋蔥轉變成了單相的納米孿晶結構金剛石，孿晶的平均厚度小到5nm。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。

　　澳大利亞James Boland在Nature雜志同期的新聞與觀點（NEWS & VIEWS）欄目撰寫了題為“金剛石變得更硬”的文章，亮點報道了這項工作。另外，Los Angeles Times、Chemistry World、PhysOrg等國外多家科學媒體也進行了亮點報道。

　　研究工作持續得到了國家自然科學基金委員會多個項目（批準號50530099,50821001,513300012）和973計劃項目的支持。