科技日報記者從燕山大學官方網站獲悉，近期，燕山大學亞穩材料制備技術與科學國家重點實驗室田永君院士團隊的趙智勝教授等人與國內外學者合作，闡明了靜高壓下石墨到金剛石直接相變這一困擾了科學界半個多世紀的難題，同時發現了一類具有優異性能組合的新型雜交碳材料。研究成果以“共格界面控制從石墨到金剛石的直接轉變”為題，于近日在線發表在《自然》雜志上。

       石墨和金剛石是自然界中最常見的碳材料。從石墨到金剛石的直接轉變通常在高溫高壓的“黑盒子”里進行，相變機理一直存在很大爭議。燕山大學研究團隊在靜高壓下部分相變的石墨樣品中首次觀察并確定了石墨和金剛石之間的共格界面結構，進而闡明了靜高壓下石墨/金剛石相變機理：石墨層通過兩種菱形結構基元和兩種矩形結構基元局部鍵合形成共格界面，通過共格界面向石墨區域的推進，實現石墨到金剛石的轉變。結構基元的不同組合形成了變化多樣的共格界面結構，導致在金剛石相變區域形成了豐富的亞結構（層錯、孿晶、金剛石多形體等）。這種全新的固—固相變機制不同于經典的成核生長和協同切變機制，并可能適用于其他的共價材料，如IVA族單質、IIIA-VA化合物等的固—固相變過程。

       該研究團隊將這類具有石墨/金剛石共格界面的雜交碳材料命名為Gradia。Gradia具有優異的力學性能和電學特性組合，集合了石墨和金剛石的性能優勢。此外，其性能還可通過改變石墨和金剛石的比例進行進一步調控，是實現導電/超硬、極韌/極硬等優越性能組合的新一代高性能碳材料。

       據了解，該研究揭示的石墨/金剛石直接相變機制豐富了固—固相變類型，此次發現的新型雜交碳材料也為發展高性能新材料提供了一定的啟示。