燕山大学在石墨/金刚石相变研究中取得重要进展

关键词 燕山大学 , 石墨 , 金刚石|2022-07-08 11:46:58|来源 燕山大学材料科学与工程学院
摘要 近期,燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室田永君院士团队赵智胜等人与国内外学者合作,阐明了静高压下石墨到金刚石直接相变这一困扰了科学界半个多世纪的难题,同时发现了一类具有优...

近期,燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室田永君院士团队赵智胜等人与国内外学者合作,阐明了静高压下石墨金刚石直接相变这一困扰了科学界半个多世纪的难题,同时发现了一类具有优异性能组合的新型杂交碳材料。研究成果以“共格界面控制从石墨到金刚石的直接转变(Coherent interfaces govern direct transformation from graphite to diamond)”为题,于2022年7月6日在线发表于《自然》杂志。

       论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2。

       石墨和金刚石是自然界中最常见的碳材料。从石墨到金刚石的直接转变通常在高温高压的“黑盒子”里进行,相变机理一直存在很大争议。燕山大学研究团队在静高压下部分相变的石墨样品中首次观察并确定了石墨和金刚石之间的共格界面结构,进而阐明了静高压下石墨/金刚石相变机理:石墨层通过两种菱形结构基元和两种矩形结构基元局部键合形成共格界面,通过共格界面向石墨区域的推进,实现石墨到金刚石的转变。结构基元的不同组合形成了变化多样的共格界面结构,导致在金刚石相变区域形成了丰富的亚结构(层错、孪晶、金刚石多形体等)。这种全新的固/固相变机制不同于经典的成核生长和协同切变机制,并可能适用于其他的共价材料,如IVA族单质、IIIA-VA化合物等的固-固相变过程。

       研究团队将这类具有石墨/金刚石共格界面的杂交碳材料命名为Gradia。Gradia具有优异的力学性能和电学特性组合:努氏硬度在51-115GPa之间可调;室温电阻率在8´10-4-4.9´105Ω·m之间可调;断裂韧性很高,且无法采用常规压痕方法进行测量。Gradia集合了石墨和金刚石的性能优势,并可通过改变石墨和金刚石的比例对其性能进行进一步调控,是实现导电/超硬、极韧/极硬等优越性能组合的新一代高性能碳材料。

       研究揭示的石墨/金刚石直接相变机制丰富了固/固相变类型,发现的新型杂交碳材料为发展高性能新材料提供了启示。该研究成果已申请中国、美国、日本、欧洲发明专利,前期预言此类杂交结构可以稳定存在的理论工作发表在Chin. Phys. Lett. 38, 028102 (2021); Chin. Phys. Lett. 39, 036301 (2022); Mater. Today Phys. 23, 100630 (2022)。

       该工作得到国家自然科学基金(52090020、91963203、51772260、U20A20238等)、国家重点研发计划(2018YFA0703400、2018YFA0305900)、河北省杰出青年科学基金(E2018203349)等项目的资助。论文的共同第一作者为罗坤、刘兵、胡文涛和董校,通讯作者为赵智胜教授。

微信截图_20220708083458.png

图为共格界面控制的石墨到金刚石直接相变。

a,石墨-金刚石界面原子像;

b,石墨/金刚石界面结构及结构基元示意图;

c, Gradia样品图;

d, Gradia杂交碳的硬度; 

e, Gradia杂交碳的电阻率。

  ① 凡本网注明"来源:金刚石刀具网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:金刚石刀具网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非金刚石刀具网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

新疆金刚石产业集群加速成型

新疆金刚石产业集群加速成型

8月16日,新疆碳基芯材科技有限公司莎车县金刚石基地正式投产,此举标志着碳基芯材在新疆金刚石产业的战略布局正式进入实质性收获阶段,新疆金刚石产业集群再添...

日期 2026-08-21   刀具新闻
沃尔德:金刚石功能材料等项目终止定增

沃尔德:金刚石功能材料等项目终止定增

8月17日晚间,沃尔德发布公告称,公司董事会审议通过《关于终止2026年度以简易程序向特定对象发行股票的议案》,决定终止此前筹划的定增事项。本次计划募集...

日期 2026-08-21   刀具新闻
专访金海威董事长海小平:以热压烧结看家本领,叩开金刚石散热产业化大门

专访金海威董事长海小平:以热压烧结看家本领,叩开金刚石散热产业化大门

2026年被行业视为金刚石散热产业化验证的关键窗口期。随着AI算力爆发式增长,高功率芯片“散热墙”已成为制约算力释放的核心瓶颈,传统铜铝散热方案逼近物理...

日期 2026-08-21   刀具新闻
5 亿新建 CVD 基地!惠丰钻石年产 100 万克拉金刚石项目公示

5 亿新建 CVD 基地!惠丰钻石年产 100 万克拉金刚石项目公示

8月4日,包头市生态环境局昆都仑区分局关于惠丰钻石(包头)有限公司CVD金刚石半导体散热材料和培育钻石项目环境影响评价文件受理情况的公示,项目相关内容如...

日期 2026-08-21   刀具新闻
金刚石散热片火了,磨削砂轮选对了吗?

金刚石散热片火了,磨削砂轮选对了吗?

2026年被视为金刚石散热量产元年。英伟达宣布下一代VeraRubin架构GPU采用金刚石铜复合散热方案,AkashSystems已交付全球首批搭载金刚...

日期 2026-08-21   刀具新闻
又一企业大尺寸金刚石激光剥离技术取得突破

又一企业大尺寸金刚石激光剥离技术取得突破

近日,北京晶飞半导体科技有限公司在激光剥离金刚石材料领域取得重大技术突破。基于在激光剥离碳化硅加工领域长期的技术积累,晶飞自主研发的激光剥离金刚石设备成...

日期 2026-08-21   刀具新闻
多项金刚石产品获广东省名优高新技术产品

多项金刚石产品获广东省名优高新技术产品

近期,广东省高新技术企业协会公布公布2026年第一批广东省名优高新技术产品名单,多款超硬材料及工具入选。广东省名优高新技术产品评选是对原有“广东省高新技...

日期 2026-08-14   刀具新闻
哈密聚力发展超硬材料产业 打造西部金刚石产业新高地

哈密聚力发展超硬材料产业 打造西部金刚石产业新高地

​凭借得天独厚的绿色电价、区位平台双重核心优势,哈密抢抓新材料产业战略机遇,一举填补新疆高端超硬材料产业全域空白,是全疆唯一规模化、集群化发展金刚石产业...

日期 2026-08-14   刀具新闻
江苏锋泰工具申请复合降噪金刚石锯片专利, 降噪效果显著

江苏锋泰工具申请复合降噪金刚石锯片专利, 降噪效果显著

国家知识产权局信息显示,江苏锋泰工具有限公司申请一项名为“一种复合降噪金刚石锯片”的专利,公开号CN122518571A,申请日期为2026年5月......

日期 2026-08-14   刀具新闻
沃尔德董事长陈继锋:“三曲线”战略构筑金刚石产业版图

沃尔德董事长陈继锋:“三曲线”战略构筑金刚石产业版图

从早年倾尽心力打破国外企业垄断的钻石刀轮,一步步实现供给自主化的高精密超硬切削刀具,到如今快速发展的金刚石微钻、声学振膜,再到蓄势待发的金刚石散热领域,...

日期 2026-08-14   刀具新闻