金刚石不仅仅是自然界最硬的材料，还具有高透光性、高热导率、宽禁带等突出优势，有着广泛的应用前景，但是其固有脆性易引发灾难性故障，对以金刚石材料为关键部件的器件的可靠性和使用寿命构成了重大威胁。具有在室温下自修复裂缝的能力的材料一直以来都备受追捧。然而，在无机材料中实现共价键的裂缝自修复是一项巨大的挑战，通常需要高温和大量的原子扩散。

       郭林教授、岳永海教授团队与田永君院士、聂安民教授团队对断裂的纳米孪晶金刚石复合材料的室温自修复行为进行了定量评估，揭示出该复合材料的自修复性质源于在断裂表面形成了包含sp2-和sp3-杂化碳原子的纳米尺度金刚石成骨细胞，以及当两个断裂表面靠近时，原子相互作用由排斥转变为吸引。自修复过程导致纳米孪晶金刚石复合材料的抗拉强度恢复约34%。这一发现揭示了纳米结构金刚石的自修复能力，为未来旨在增强脆性陶瓷材料韧性和耐久性的研究提供了宝贵的见解。相关研究成果以“Self-healing of fractured diamond”为题发表在《Nature Materials》上。

图文导读

图1. 断裂的ntDC/DSC的自修复行为的定量研究。

图2. 15 GPa, 2000 °C条件下合成ntDC的微观结构及其断裂表面DO相形成的TEM图。

图3.  原子相互作用力由排斥转变为吸引随后C-C重新成键。

图4. 两个断裂表面之间的相互作用。

       总结

       研究人员发现ntdc通过形成强共价键获得显著的自愈合能力。ntDC的分层微观结构促进了断口表面DO相的生成，即使在室温下也显著增强了断裂面的自修复性能。此外还研究了影响金刚石材料自修复过程的其他因素，包括表面的局部电子态和接近断裂表面之间的相互作用。该工作为设计和开发具有高耐久性和抗断裂性的脆性陶瓷材料开辟了新途径。同时，作为共价键的典型代表，金刚石自愈合行为的成功揭示将对强共价键自愈合材料的开发和设计提供指导，特别是对于晶圆的室温直接成键意义重大。