燕山大学田永君院士团队：石墨和金刚石之间的碳—Gradia的发现

燕山大学田永君院士团队：石墨和金刚石之间的碳—Gradia的发现

引用

科学网

1.

https://wap.sciencenet.cn/blog-3529677-1434478.html

近日，燕山大学田永君院士团队在材料科学领域取得重大突破，成功发现了一种新型碳材料——Gradia。这种材料兼具石墨和金刚石的优点，展现出优异的力学和电学特性，为材料科学领域带来了新的研究方向和应用前景。

石墨到金刚石相变机制的新突破

石墨和金刚石是自然界中最常见的碳材料。上世纪中叶，人们利用石墨在高温高压下的相变成功合成出金刚石。然而，相变过程是在高温高压“黑盒子”里进行的，无法直接观测。理论学家相继提出了协同切变和成核-生长机制来解释石墨到金刚石的直接相变，但这两种机制都无法完美解释实验结果。

燕山大学田永君院士团队通过静高压下部分相变的石墨样品，首次观察并确定了石墨和金刚石之间的共格界面结构，进而发现了全新的基元拓展机制：石墨层通过局部键合形成菱形或矩形金刚石结构基元，同时伴随共格界面的形成；再通过界面处的金刚石基元向石墨区域进行拓展和复制，逐步实现石墨到金刚石的转变。这种全新的固/固相变机制不同于经典的成核-生长和协同切变机制。

Gradia的发现及其特性

通过控制石墨到金刚石相变的进程，研究团队创制出了石墨-金刚石杂交碳，并将其命名为Gradia。Gradia是一种集金刚石和石墨的优点于一身的碳材料，展现了超高的硬度、韧性和可调的导电性。通过调控石墨和金刚石的比例可实现对Gradia性能的精确控制，使其成为具有导电/超硬、极韧/极硬等优异性能组合的新一代高性能碳材料。

未来研究方向与应用前景

Gradia的发现为材料科学领域带来了新的研究方向和应用前景。研究团队计划围绕相变机理、材料制备以及应用这三个核心领域展开深入探索：

1. 研究所发现的固态相变机制是否适用于描述其它共价材料的固态相变过程，特别是在氮化硼体系中的应用。
2. 发展Gradia的高温高压制备技术，进一步降低合成压力，制备出厘米至分米尺寸的高性能Gradia块材。
3. 开发Gradia在超精密加工、超高压烧结模具、新一代高端自润滑轴承等领域的应用。

研究团队简介

田永君院士团队长期致力于碳同素异形体的相变过程研究，通过揭示它们的相变机制，来实现碳的相结构以及微观组织的精细调控。团队成员包括燕山大学教授、博导赵智胜，以及多位在材料科学领域具有丰富研究经验的青年学者。团队在Nature、Science等国际顶级期刊发表多篇论文，研究成果获得多项国家级奖项。

这项研究不仅展示了我国在材料科学领域的创新能力，也为未来高性能材料的研发提供了新的思路和方向。

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00029

本文原文来自sciencenet.cn