近日，由燕山大學(xué)田永君教授率領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)與吉林大學(xué)馬琰銘教授和美國芝加哥大學(xué)王雁賓教授合作，繼2013年合成出極硬納米孿晶立方氮化硼之后再次取得突破，在高溫高壓下成功合成出硬度兩倍于天然金剛石的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石塊材。該研究成果發(fā)表在2014年6月12日的Nature雜志上。
      天然金剛石在2700多年前被發(fā)現(xiàn)以來，一直被公認(rèn)為自然界中的最硬材料，但由于熱穩(wěn)定性差，導(dǎo)致其在切割、鉆孔等方面的應(yīng)用受限。1955年美國通用電氣公司利用高溫高壓技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室成功地合成出人造金剛石單晶，掀開了金剛石工業(yè)應(yīng)用的新篇章，成為超硬材料研究的里程碑，從此合成出比天然金剛石更硬的新材料就變成了科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的共同夢(mèng)想。
      到目前為止，通過石墨、非晶碳、玻璃碳等碳前驅(qū)體的高壓相變還不能獲得納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石。為此，田永君教授研究團(tuán)隊(duì)及其合作者開始研究洋蔥碳在高溫高壓下的相變過程。在較低溫度下洋蔥碳在形成納米孿晶結(jié)構(gòu)立方金剛石的同時(shí)還共生出一種單斜結(jié)構(gòu)的金剛石，在文章中他們將其命名為“M-diamond”。在較高溫度下，洋蔥碳轉(zhuǎn)變成了單相的納米孿晶結(jié)構(gòu)金剛石，孿晶的平均厚度小到5nm。這種納米孿晶金剛石具有從未有過的硬度和穩(wěn)定性：維氏硬度約為天然金剛石的兩倍，空氣中的起始氧化溫度比天然金剛石高出200攝氏度以上。
      該研究突破了人們對(duì)材料硬化機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，找到了一種合成高性能超硬材料的全新途徑，在制造獨(dú)特性能的新材料領(lǐng)域具有廣闊前景。