日前，燕山大學和南開大學等單位合作，使用高壓合成技術，解決了長久以來石墨到金剛石的相變路徑爭議，并制備出新型的石墨-金剛石復合材料，這種新材料材料兼具石墨的導電性和金剛石的高硬度，同時也具有石墨和金剛石都不具備的韌性，為碳材料家族新添了一個新成員，工作發表在《自然》雜志上[Nature 607 486–491(2022)]。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2

觀測到的石墨-金剛石復合結構

研究團隊在靜高壓下部分相變的石墨樣品中首次截留并確定了石墨和金剛石之間的共格界面結構，進而闡明了靜高壓下石墨/金剛石相變機理：石墨層通過局域的石墨層sp2-sp3相變過程，形成特定的石墨-金剛石共格結構，進一步以其中的金剛石部分為種子，通過共格界面在石墨層中生長，進而完成石墨-金剛石的相變，這種過程中，因為石墨和金剛石的結構基元組合存在穩定性相近的不同組合，因此在納米尺度上具有豐富的結構多樣性，而這種共格納米結構的多樣性，進一步導致了金剛石相變區豐富的納米結構，如層錯、孿晶、金剛石多型體等，為進一步設計石墨-金剛石納米結構，提供了思路和可行方法。

觀測得到的石墨-金剛石復合結構被命名為Gradia，具有優異的力學性能和電學特性：努氏硬度在51-115 GPa之間；室溫電阻率在8×10^-4-4.9×10⁵Ω·m之間可調；斷裂韌性很高，無法采用常規壓痕方法進行測量，說明gradia通過界面結合，具備了石墨和金剛石都不具備的韌性。最為重要的是這些優異的性能可以通過調控石墨-金剛石的不同大小、比例和不同類型的界面結構進行調控，是實現兼具導電、超硬、極韌等優越性能，新一代可設計控制的高性能碳材料。

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