我国科学家发现金刚石新形态：次晶态，在高端技术领域具有重要应用前景

最新 11 月 29 日消息，据北京高压科学研究中心公众号消息，由北京高压科学研究中心的缑慧阳研究员带领的国际研究小组在高温高压条件下，合成了一种新形态的金刚石 -- 次晶金刚石 （Paracrystalline diamond），这种新形态的结构填补了非晶结构和晶体结构之间原子排列尺度上的缺失环节。此成果犹如科学的罗赛塔石，对深层次理解非晶材料的复杂结构提供了解密的钥匙。相关成果于近日在《自然》发表。

图释：由亚纳米尺寸次晶为主要构成次晶金刚石。

一般来说，根据是否存在长程周期性，把固体分为结晶态和非结晶态。然而，当晶体中的长程有序度显著降低时，理解这两种状态之间的差别变得异常困难，特别是对于强共价和类共价固体。为了探索这一结构之谜，理论科学家们提出了一种"次晶态"的结构模型。这种"次晶模型"本质上是在非晶基体中引入纳米尺寸的中程有序结构。然而，科学家们一直未能在自然界或实验中发现这种物质状态 - 完全由中程有序的次晶组成，而又不具有长程有序性。

最新了解到，北京高压科学研究中心缑慧阳研究员与合作者通过他们最新在大腔体压机中发展的极端高压技术，在 30 GPa，1500-1600 K 的温压条件下对富勒烯（C60）进行高温高压处理，发现压缩的富勒烯聚合转变成为一种高密度无序的 sp3 键合的碳。高分辨透射电子显微镜显示样品中存在高密度且均匀分布的类晶体团簇（尺寸为 0.5-1.0 nm），其原子构型接近于立方和六方金刚石并且具有很高的晶格畸变，这种由亚纳米尺寸次晶为主要构成的金刚石被称为次晶金刚石（Paracrystalline diamond）。

"次晶金刚石的发现为丰富的碳材料家族增加了一种新的结构形态，并且有利于进一步开发新型类金刚石材料"，该工作第一作者唐虎博士解释说。"至关重要的是，这种次晶态的发现，在结构拓扑上链接了非晶态和晶态，对于揭示非晶材料复杂的结构本质具有深远意义。另外，次晶态金刚石具有综合优异的机械性能、热稳定性以及独特的光学特性，在高端技术领域和极端环境下具有重要的应用前景"。