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

国内首创!金刚石激光技术取得重大突破

国内首创!金刚石激光技术取得重大突破

​随着半导体产业的迅猛发展,金刚石因其优异的导热性能、超宽的禁带结构以及较高的载流子迁移率,逐渐成为业界备受瞩目的半导体材料之一。然而,金刚石的加工难度...

日期 2024-11-11   刀具新闻
硬岩钻探金刚石复合材料与仿生钻具获2023年自然资源科学技术奖

硬岩钻探金刚石复合材料与仿生钻具获2023年自然资源科学技术奖

​近日,自然资源部发布了《关于2023年度自然资源科学技术奖获奖成果的公告》,其中由中国地质大学(北京)推荐的《硬岩钻探金刚石复合材料与仿生钻具》项目获...

日期 2024-10-31   刀具新闻
商丘金刚石微粉产业领跑全国 年产量占全国90%

商丘金刚石微粉产业领跑全国 年产量占全国90%

​10月24日,中共河南省委宣传部在郑州举办的“推进中国式现代化建设河南实践”系列主题商丘专场新闻发布会上,商丘市委副书记、市长摆向阳介绍了商丘市金刚石...

日期 2024-10-31   刀具新闻
融资40亿日元!日本计划建设全球首个金刚石半导体工厂

融资40亿日元!日本计划建设全球首个金刚石半导体工厂

​据10月17日OokumaDiamondDevice(以下简称Ookuma)官网消息,该公司在Pre-A轮融资中,筹集了包括债务融资在内的约40亿日元...

日期 2024-10-31   刀具新闻
四方达与郑州大学联合建立金刚石中试及研究生培养基地正式揭牌

四方达与郑州大学联合建立金刚石中试及研究生培养基地正式揭牌

​10月18日,河南四方达超硬材料股份有限公司(以下简称“四方达”)与郑州大学联合建设的金刚石中试基地及研究生联合培养基地揭牌仪式在四方达公司隆重举行....

日期 2024-10-31   刀具新闻
涉及金刚石晶圆!浙江省发布重点新材料首批次应用示范指导目录

涉及金刚石晶圆!浙江省发布重点新材料首批次应用示范指导目录

​近日,浙江省经济和信息化厅公开了《浙江省重点新材料首批次应用示范指导目录(2024年版)》,分为先进基础材料、关键战略材料、前沿新材料三大类共计329...

日期 2024-10-31   刀具新闻
美国委托雷神公司开发基于人造金刚石和氮化铝的新型超宽带隙半导体以应对中国出口管制

美国委托雷神公司开发基于人造金刚石和氮化铝的新型超宽带隙半导体以应对中国出口管制

​10月10日,据Tom'shardware报道,美国的军事装备已感受到中国限制芯片材料氮化镓出口造成的影响,面对中国在宽带隙半导体材料——氮化镓(Ga...

日期 2024-10-18   国际资讯
团聚金刚石微粉:绿色制造的多功能研磨解决方案

团聚金刚石微粉:绿色制造的多功能研磨解决方案

​金刚石微粉是一种以微米或亚微米级别的高纯度单晶金刚石为原料,经过破碎、整形、分级等一系列物理化学加工工艺制备的高性能超硬材料......

日期 2024-10-18   刀具新闻
人造金刚石的发展态势与前景解析

人造金刚石的发展态势与前景解析

​人造金刚石是通过人工模拟天然金刚石结晶条件和生长环境采用科学方法合成出来的金刚石晶体,其合成方法主要为高温高压法(HTHP)和化学气相沉积法(CVD)...

日期 2024-10-18   刀具新闻
总投资2亿元! CVD金刚石薄膜及多晶金刚石研磨材料生产项目在郏县正式开工

总投资2亿元! CVD金刚石薄膜及多晶金刚石研磨材料生产项目在郏县正式开工

​据河南日报消息,10月8日上午,平顶山市第十四期“三个一批”活动在郏县经开区举行,其中一个重点项目——CVD金刚石薄膜及多晶金刚石研磨材料生产项目正式...

日期 2024-10-14   刀具新闻