中国科学家又有新成就！造出了比钻石更硬的钻石

上学时老师就告诉我们，钻石——或者更科学的说法，金刚石——是自然界最坚硬的物质。但科学家们通过计算发现，虽然金刚石的外部结构很坚硬，但在加强结构之后，其强度还能进一步提升。

这位传说中的王者，就是六方晶系金刚石，也被称为朗斯代尔石。最近，中国科学家成功将这一构想变为现实。郑州大学与南京大学等团队的研究人员，在实验室中首次合成出毫米级尺寸的纯相六方金刚石，一举终结了困扰科学界长达六十余年的争议。

要理解这项突破为何激动人心，我们需要先了解两种金刚石在原子层面的堆砌结构。传统金刚石(立方金刚石)的碳原子排列类似一种极其牢固的三维立体蜂巢结构，层层堆叠，每三层为一个重复周期，而六方金刚石采用了另一种堆叠方式，每两层是一个重复周期。

堆叠方式的细微差别，决定了两种金刚石的强度差异。在立方金刚石中，特定的晶格排列导致它存在相对容易发生断裂的解理面。而六方金刚石独特的六方晶体对称性，改变了材料内部抵抗应力的方式，使其能更有效地抵御剪切破坏。理论预测显示，在面对特定条件下的极端受力时，六方金刚石的硬度可比传统金刚石高出超过 50%。

然而，这位理论上的王者却行踪成谜。自 1962 年被预言存在、1967 年在陨石中被发现以来，科学界关于六方金刚石能否在实验室合成的争论从未停止。天然的六方金刚石仅以纳米级微小颗粒镶嵌在陨石中，可遇而不可求。而在实验室极端的高温高压环境下，更容易生成传统的立方金刚石，六方结构难以稳定形成。过去的一些疑似发现，也因证据不足而备受质疑，甚至有人认为那不过是结构有缺陷的普通金刚石。

这一次，中国科学家给出了确定性的答案。研究团队从根源入手，自主研制了大腔体单轴高压设备。他们以高纯度、结构规整的热解石墨为起点，在相当于 20 万个标准大气压的超高压和约 1300 摄氏度的高温下，进行了一场原子尺度的“折纸”，成功诱导石墨中的碳原子层以特定方式滑动、重组，最终构筑出了毫米尺寸的六方金刚石晶体。这标志着人类首次在宏观尺度上掌握了合成这种神秘材料的能力。

更重要的是，团队运用同步辐射 X 射线衍射、原子分辨率透射电镜等探测技术，清晰地看到了其完美的六方晶体结构和独特的原子键合特征，获得了如同指纹般确凿的身份证明。性能测试结果更令人振奋：合成的六方金刚石不仅在硬度上超越了传统金刚石，其抗剪切能力和抗氧化性也更为优异。国际审稿人评价这些证据最终解决了关于六方金刚石能由实验室合成的长期争议。

这项研究的价值远不止于证实一个理论猜想。它意味着，一种预期性能更为极致的超硬材料，终于走出了理论预测和陨石传说，成为了人类可以制备和研究的实体。在未来，它有望带来全新的切割工具、更高效的散热材料，或在量子传感等尖端领域大放异彩。

左图：普通金刚石的结构;右图：六方金刚石的结构。(图片来源：nature.com)