宇宙记载 燕大创造free

近日，燕山大学亚稳材料制备期间与科学国度要点推行室田永君院士团队聚首南京理工大学、宁波大学斟酌东谈主员，在超硬材料限度再次竣事紧要冲破，得胜合成出硬度达276 GPa的超细纳米孪晶金刚石块材，刷新了材料硬度的宇宙记载。相关斟酌以“Enhancing the hardness of diamond through twin refinement and interlocked twins”为题，于2025年1月3日在Nature Synthesis在线发表。论文衔接：https://doi.org/10.1038/s44160-024-00707-1。

图释：超细纳米孪晶金刚石的显微组织结构和维氏硬度。a) STEM明场像展示了样品的举座微不雅描摹，插图为统计获取的晶粒尺寸漫衍，平均晶粒尺寸为18 nm。b)高区别TEM像片知道了样品中的特征孪晶结构：主图为占主导地位的互锁型孪晶，插图为局部区域不雅察到的衔接型孪晶。c)基于位错模子计较的硬度随孪晶厚度的变化及推行测得的硬度数据，插图为超细纳米孪晶金刚石样品的光学像片。

手脚当然界中最硬的材料，金刚石在机械加工、油气开采和地质勘察等限度有着平庸哄骗。单晶金刚石的硬度因晶体取向不同而异，介于60-120 GPa之间。长久以来，科研东谈主员一直在探索若何合成出硬度更高的金刚石材料。晶粒细化手脚进步金刚石硬度的经典步调，却在纳米圭臬碰到了瓶颈：过高的晶界能量会促使晶粒长大，阻难了进一步细化，从而限度了硬度的进步空间。

濒临这一期间珍视，田永君院士团队独辟途径，始创了孪晶细化的新路线。与传统晶界比拟，孪晶界具有更低的界面能量，为材料的超细化提供了新的可能。团队前期斟酌仍是阐发这一步调的可行性——他们得胜合成了平均孪晶厚度仅5纳米的金刚石块材，其硬度达到200 GPa，是自然金刚石的两倍。

在最新斟酌中，斟酌团队通过精准抑制洋葱碳先行者体尺寸并进行高压相变，得胜合成出具有冲破性性能的超细纳米孪晶金刚石块材，块材平均晶粒尺寸18纳米，平均孪晶厚度仅2.3纳米，硬度高达276 GPa。通过电镜不雅察，他们发现样品中既有衔接型孪晶，也有互锁型孪晶，其中互锁型孪晶占主导地位。对比推行进一步阐发了这种结构的要道作用，用金刚石粉为原料制备的纳米晶金刚石，尽管晶粒相同渺小（24纳米），但由于穷乏密集的互锁型孪晶结构，硬度仅为125 GPa。

这一冲破不仅刷新了硬度记载，更为冲破共价材料硬度极限开采了新念念路。通过孪晶组织的细化和类型调控，斟酌团队始创了进步材料性能的新路线，这对超硬材料的改日研发具有紧要教导好奇景仰。

该斟酌获取国度当然科学基金（52288102、52325203、52090020）、国度要点研发策动（2018YFA0703400、2023YFA1406200）、河北省当然科学基金（E2022203109、E2023203256、E2023203126）等名堂资助。燕山大学应盼、李宝忠和马梦冬为共同第一作家，仝柯、赵智胜和徐波为通信作家；潘益龙（宁波大学）和唐国栋（南京理工大学）为共同通信作家。

开头：燕山大学

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