金剛石憑借其無與倫比的硬度、優(yōu)異的熱導(dǎo)率、寬帶隙和光學(xué)透明性，在精密加工、電子器件及光學(xué)領(lǐng)域備受矚目。然而，其固有的脆性和有限的韌性長期制約了其在抗沖擊、抗裂性需求場景中的應(yīng)用拓展。

近日，燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料全國重點實驗室田永君院士團隊在權(quán)威期刊《Nature Materials》發(fā)表題為“Microstructure engineering in diamond-based material”的綜述論文，該文章概述了金剛石及其衍生材料的最新研究進展及金剛石基材料的研究方向和潛在應(yīng)用，為下一代超硬材料技術(shù)發(fā)展指明方向。

論文最新進展表明，通過選擇不同碳前驅(qū)體材料，利用高壓高溫（HPHT）這一核心技術(shù)實現(xiàn)了復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)設(shè)計及調(diào)控，成功制備出納米孿晶金剛石、層級結(jié)構(gòu)金剛石復(fù)合材料、石墨-金剛石雜化材料Gradia以及非晶金剛石等系列創(chuàng)新材料。這些新型金剛石材料不僅顯著提升了金剛石的硬度和韌性，還賦予了其多功能性。

在硬度提升方面，通過精細(xì)調(diào)控金剛石晶粒和孿晶結(jié)構(gòu)，充分利用Hall-Petch效應(yīng)和量子限域效應(yīng)，納米孿晶金剛石的維氏硬度可達(dá)175-203GPa，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)單晶金剛石。

論文還報道了金剛石基材料中發(fā)現(xiàn)的一系列新興現(xiàn)象，包括非共格孿晶界的演變行為、室溫自愈合現(xiàn)象以及可調(diào)控的電學(xué)和光學(xué)性能等。這些發(fā)現(xiàn)不僅深化了對金剛石材料基礎(chǔ)科學(xué)的理解，也為其在電子、光學(xué)和其他領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新途徑。

研究結(jié)果表明，利用這種新型金剛石結(jié)構(gòu)，材料的力學(xué)性能顯著提高，尤其在抗沖擊性和耐磨性方面有了突破。此項研究為金剛石材料的高效應(yīng)用提供了新的思路和方法，也為下一代金剛石基技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。