科技日報記者從燕山大學(xué)官方網(wǎng)站獲悉，近期，燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室田永君院士團(tuán)隊(duì)的趙智勝教授等人與國內(nèi)外學(xué)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(xué)界半個多世紀(jì)的難題，同時發(fā)現(xiàn)了一類具有優(yōu)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(zhuǎn)變”為題，于近日在線發(fā)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(zhuǎn)變通常在高溫高壓的“黑盒子”里進(jìn)行，相變機(jī)理一直存在很大爭議。燕山大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)，進(jìn)而闡明了靜高壓下石墨/金剛石相變機(jī)理：石墨層通過兩種菱形結(jié)構(gòu)基元和兩種矩形結(jié)構(gòu)基元局部鍵合形成共格界面，通過共格界面向石墨區(qū)域的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)石墨到金剛石的轉(zhuǎn)變。結(jié)構(gòu)基元的不同組合形成了變化多樣的共格界面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在金剛石相變區(qū)域形成了豐富的亞結(jié)構(gòu)（層錯、孿晶、金剛石多形體等）。這種全新的固—固相變機(jī)制不同于經(jīng)典的成核生長和協(xié)同切變機(jī)制，并可能適用于其他的共價材料，如IVA族單質(zhì)、IIIA-VA化合物等的固—固相變過程。

       該研究團(tuán)隊(duì)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(yōu)異的力學(xué)性能和電學(xué)特性組合，集合了石墨和金剛石的性能優(yōu)勢。此外，其性能還可通過改變石墨和金剛石的比例進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)控，是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電/超硬、極韌/極硬等優(yōu)越性能組合的新一代高性能碳材料。

       據(jù)了解，該研究揭示的石墨/金剛石直接相變機(jī)制豐富了固—固相變類型，此次發(fā)現(xiàn)的新型雜交碳材料也為發(fā)展高性能新材料提供了一定的啟示。