10 февраля корреспондент узнал из Цзилиньского университета, что команда профессора Лю Бинбин и профессора Яо Мингуан из университета совместно с профессором Чжу Шэнцаем из Университета Сунь Ятсена открыла новый путь образования гексагонального алмаза из графита через постграфитовую фазу при высокой температуре и высоком давлении и впервые синтезировала высококачественный, практически чистый гексагональный алмазный блочный материал, который обладает большей твердостью, чем кубический алмаз, и хорошей термической стабильностью. Результаты исследования были опубликованы в международном научном журнале Nature Materials.
Алмаз, или бриллиант, имеет репутацию «промышленных зубов». Еще в 1967 году американские ученые в метеоритном кратере обнаружили редкий «супералмаз», поскольку он имеет гексагональную кристаллическую структуру, симбиоз в метеорите и более твердый и внимательный. В течение полувека синтез гексагональных алмазов в чистой фазе был давней научной проблемой.
Исследовательская группа предложила новый механизм превращения графита в кубический алмаз и обнаружила, что формирование при высоком давлении фазовой структуры sp3-углерода является важным фактором при изучении влияния сдвига на структурные изменения графита под высоким давлением. Соответствующее исследование внушило команде, что структура фазы высокого давления, вероятно, станет ключевой при изучении синтеза гексагонального алмаза.
Учитывая, что при образовании метеоритных алмазов существует не только сверхвысокое давление, но и условия высокой температуры, команда разработала эксперименты с высокой температурой и высоким давлением для этой цели и использовала технологию лазерного нагрева алмаза до верхней наковальни для изучения правила изменения структуры графита в условиях сверхвысокого давления и высокой температуры 50 ГПа in situ, и обнаружила, что графит в интервале высокого давления сформирует «постграфитовую фазу» структуры высокого давления, а затем будет сформирована фазовая структура графита. Гексагональный алмаз был успешно получен путем локализованного нагрева.
Исследовательская группа обнаружила, что гексагональный алмаз обладает отличными физическими свойствами, его твердость превышает 40% твердости природного алмаза, а его термическая стабильность в условиях вакуума может достигать 1100℃, что лучше, чем у наноалмаза при 900℃. Далее команда исследователей с помощью крупномасштабного теоретического моделирования молекулярной динамики выявила ключевую роль конформации укладки графитового слоя в формировании структуры гексагонального алмаза, что подтверждает совершенно новый путь формирования гексагонального алмаза графитом через постграфитовую фазу.
По мнению исследователей, полученные результаты не только обеспечивают эффективный способ синтеза чистофазного гексагонального алмаза, давая убедительные доказательства его независимого существования, но и добавляют нового члена с более превосходными характеристиками в сверхтвердые материалы и новые углеродные материалы, а также обеспечивают возможный прорыв в ограничениях применения кубического алмаза. Полученные результаты имеют большое значение для глубокого понимания специфики происхождения алмазов в метеоритах и крупных геологических событиях.
