中国碳材料领域重大突破 吉大揭开“非晶态钻石”神秘面纱

【侨报网综合讯】近日，吉林大学超硬材料中国国家重点实验室刘冰冰教授研究团队在新型非晶碳材料领域取得重大进展。该团队采用自主发展的大腔体压机超高压关键技术，首次成功实现了毫米级近全sp3非晶碳块体材料的合成。

刘冰冰团队研发的非晶碳块体材料。（图片来源：吉林大学供图）

非晶“金刚石”硬度高、透光性好

综合中新网、北京中国科技新闻网报道，目前，这一新成果发表在了国际顶级学术期刊Nature上，题为“Ultrahard bulk amorphous carbon from collapsed fullerene”。Nature审稿人高度评价为“非晶材料领域的重大进展”“为超硬材料家族添加了独特的一员”。

相比于“非晶碳材料”这个带有一定学术色彩的名词，大众更为熟悉的可能是它的“亲戚”钻石、金刚石。事实上，钻石、金刚石都属于晶态碳材料，而刘冰冰教授团队合成的“小石块”则是非晶态碳材料，它们拥有相同的“血脉”——碳元素，但在结构和形态上却大不相同。

据介绍，晶态物质的粒子排列十分规则，就像士兵排成的方阵那样整齐，这个特点被称为长程有序；非晶态物质的粒子排列不具有长程有序性，就像大街上熙熙攘攘、无序聚集在一起的人群。

近年来，非晶材料以优异的物理、化学特性和广泛的技术应用得到迅速发展，探索合成新型非晶态材料、建立其结构与物性之间的关联，一直是众多研究人员的目标。研究团队成员姚明光教授表示，“我们团队此次合成的非晶碳块就是接近全sp3杂化的非晶碳材料，不仅具备与金刚石类似的硬度高、透光性好、热导率高等性质，且由于其非晶态的特点，又会呈现更优异的性质。”

为了实现全sp3非晶碳块体材料的合成，刘冰冰课题组基于对富勒烯C60高压研究的长期积累，提出了采用大腔体超高压技术，利用C60碳笼压致塌缩形成“非晶碳团簇”这一新的构筑基元，在更高温压区间反应合成全sp3碳块体非晶材料的研究思路。

怎样生产？中国产硬质合金压砧实现超高压力

目前，商用大腔体压机的压力极限只有25万大气压，难以满足对新材料高压研究的要求。课题组介绍，想要产生一万大气压的压强，相当于让两头成年大象挤在一起站在一只高跟鞋上。要想继续增大压强，鞋跟就要更细。超高压技术的难点也在于此。

课题组近年来潜心攻关，最终利用中国国产硬质合金压砧，在高温条件下实现了高达37万大气压的超高压力，并借此技术成功获得了毫米级近全sp3非晶碳块体材料。

值得一提的是，富勒烯C60发现至今只有30多年历史，刘冰冰教授研究团队自1996年起一直从事富勒烯及相关碳材料的高压研究。此次的新成果正是课题组在富勒烯高压研究领域长期积累基础上的再次突破。（完）