摘要 众所周知，硬度和韧性（抗断裂性）之间的折衷使得同时提高两种性能具有挑战性，尤其是在金刚石中。可以通过纳米结构策略来提高金刚石的硬度，其中高密度纳米级孪晶的形成（通过对称性关联的晶体...
众所周知，硬度和韧性（抗断裂性）之间的折衷使得同时提高两种性能具有挑战性，尤其是在金刚石中。可以通过纳米结构策略来提高金刚石的硬度，其中高密度纳米级孪晶的形成（通过对称性关联的晶体区域）也可以使金刚石增韧。在除金刚石以外的材料中，还有其他一些有希望的增强韧性的方法，例如生物启发的层压复合材料增韧，相变增韧和双相增韧，但是对金刚石这种材料的研究很少。
2020年6月17日，燕山大学田永君，周向峰及北京航空航天大学郭林共同通讯在Nature 在线发表题为“Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness”的研究论文，该研究报告了金刚石复合材料的结构表征，这些金刚石复合材料由相干的界面金刚石多型体（不同的堆积顺序），交织的纳米孪晶和互锁的纳米晶粒组成。复合材料的结构比单独使用纳米孪晶更能提高韧性，而不会牺牲硬度。单边缘缺口梁测试的韧性是合成金刚石10的五倍，甚至比镁合金还高。
当发生断裂时，裂纹通过之字形路径沿着{111}平面传播通过3C（立方）多型的金刚石纳米孪晶。当裂纹遇到非3C型的区域时，裂纹的传播会扩散成弯曲的裂缝，并在裂缝表面附近局部转变为3C金刚石。这两个过程都会耗散应变能，从而提高韧性。这项工作可能对制造超硬材料和工程陶瓷有用。通过使用具有硬化和增韧协同作用的结构体系，最终可以克服硬度和韧性之间的折衷。
