近日(ri)，鄭州大學楊西貴教授的研究團(tuan)隊取(qu)得了一(yi)項(xiang)重要突(tu)破，成(cheng)功開發出厘米級尺寸的導電高韌(ren)金剛石復合材料（Diaphene）。這一(yi)創新成(cheng)果以(yi)“Centimeter-sized diamond composites with high electrical conductivity and hardness”為題，于(yu)2月(yue)20日(ri)在《PNAS》雜志上發表(biao)。

金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)，被譽為自然界(jie)(jie)(jie)中(zhong)最(zui)堅硬(ying)的(de)(de)(de)(de)物質，長(chang)期以來在(zai)航(hang)空航(hang)天、精密(mi)加工、油(you)氣鉆探等領域(yu)發揮著(zhu)不(bu)可或缺的(de)(de)(de)(de)作用。然而，金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)密(mi)堆積結構和飽(bao)和的(de)(de)(de)(de)強共(gong)價鍵導(dao)(dao)致其斷(duan)裂韌性低、導(dao)(dao)電性差，這在(zai)一定程(cheng)度(du)上限制了(le)其應用范圍(wei)的(de)(de)(de)(de)進一步擴大。如何(he)克(ke)服金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)的(de)(de)(de)(de)硬(ying)度(du)/韌性、導(dao)(dao)電性之間的(de)(de)(de)(de)矛盾，成(cheng)為科學界(jie)(jie)(jie)和產(chan)業(ye)界(jie)(jie)(jie)關注的(de)(de)(de)(de)焦點。針對這一問(wen)題，楊西(xi)貴教授團隊提(ti)出了(le)sp3向(xiang)sp2鍵逆向(xiang)相變的(de)(de)(de)(de)策(ce)略，結合國產(chan)六面(mian)頂壓機的(de)(de)(de)(de)大腔體二(er)級增壓技術，以納(na)米(mi)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)為前驅體，在(zai)相對溫(wen)和的(de)(de)(de)(de)壓力(li)和溫(wen)度(du)條件下(xia)實現了(le)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)復合材料(liao)的(de)(de)(de)(de)生長(chang)。這種復合材料(liao)中(zhong)，金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)表面(mian)石(shi)墨化(hua)所(suo)產(chan)生的(de)(de)(de)(de)少(shao)層(ceng)石(shi)墨烯均勻分布在(zai)納(na)米(mi)金剛(gang)(gang)(gang)石(shi)顆粒基體中(zhong)，通(tong)過(guo)sp2/sp3共(gong)價鍵相互連接。

厘(li)米級(ji)大尺寸(cun)導電(dian)金剛石的維氏硬(ying)度(du)和室溫電(dian)導率(lv)

這(zhe)種金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)表現(xian)令人(ren)印象深(shen)刻。其室溫電(dian)導(dao)(dao)率高達(da)2.0×104Sm?1，維氏硬(ying)度為42.5~55.8 GPa，斷裂(lie)韌性(xing)(xing)為10.8~19.8 MPa m1/2，與商用硬(ying)質合金(jin)(jin)(jin)相(xiang)當(dang)。這(zhe)一(yi)成果不(bu)僅(jin)實現(xian)了材(cai)(cai)(cai)料(liao)硬(ying)度、斷裂(lie)韌性(xing)(xing)和導(dao)(dao)電(dian)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)協同優(you)化，還解決了金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)無法兼具超硬(ying)、高韌和導(dao)(dao)電(dian)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)科學難題。這(zhe)一(yi)創新性(xing)(xing)的(de)(de)(de)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)制(zhi)備(bei)技術，不(bu)僅(jin)為金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)的(de)(de)(de)應用領域拓寬了新的(de)(de)(de)可(ke)能(neng)性(xing)(xing)，也為大尺寸(cun)導(dao)(dao)電(dian)金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)塊(kuai)材(cai)(cai)(cai)的(de)(de)(de)規模化制(zhi)備(bei)提供了可(ke)行(xing)途(tu)徑(jing)。未來，這(zhe)種新型金(jin)(jin)(jin)剛石(shi)復(fu)合材(cai)(cai)(cai)料(liao)有望在更多領域發(fa)揮其獨特的(de)(de)(de)優(you)勢，推動(dong)相(xiang)關(guan)產業的(de)(de)(de)快速(su)發(fa)展。

原(yuan)文：//www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2316580121.