近日，鄭州大學楊西貴教授的研究團隊取得了一項重要突破，成功開發出厘米級尺寸的導電高韌金剛石復合材料（Diaphene）。這一創新成果以“Centimeter-sized diamond composites with high electrical conductivity and hardness”為題，于2月20日在《PNAS》雜志上發表。

       金剛石，被譽為自然界中最堅硬的物質，長期以來在航空航天、精密加工、油氣鉆探等領域發揮著不可或缺的作用。然而，金剛石的密堆積結構和飽和的強共價鍵導致其斷裂韌性低、導電性差，這在一定程度上限制了其應用范圍的進一步擴大。如何克服金剛石的硬度/韌性、導電性之間的矛盾，成為科學界和產業界關注的焦點。

       針對這一問題，楊西貴教授團隊提出了sp3向sp2鍵逆向相變的策略，結合國產六面頂壓機的大腔體二級增壓技術，以納米金剛石為前驅體，在相對溫和的壓力和溫度條件下實現了金剛石復合材料的生長。這種復合材料中，金剛石表面石墨化所產生的少層石墨烯均勻分布在納米金剛石顆粒基體中，通過sp2/sp3共價鍵相互連接。

       厘米級大尺寸導電金剛石的維氏硬度和室溫電導率

       這種金剛石復合材料的性能表現令人印象深刻。其室溫電導率高達2.0×104Sm?1，維氏硬度為42.5~55.8 GPa，斷裂韌性為10.8~19.8 MPa m1/2，與商用硬質合金相當。這一成果不僅實現了材料硬度、斷裂韌性和導電性的協同優化，還解決了金剛石材料無法兼具超硬、高韌和導電性的科學難題。

       這一創新性的金剛石復合材料制備技術，不僅為金剛石的應用領域拓寬了新的可能性，也為大尺寸導電金剛石塊材的規模化制備提供了可行途徑。未來，這種新型金剛石復合材料有望在更多領域發揮其獨特的優勢，推動相關產業的快速發展。

      原文：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2316580121.