近日，鄭州大學(xué)楊西貴教授的研究團(tuán)隊(duì)取得了一項(xiàng)重要突破，成功開發(fā)出厘米級(jí)尺寸的導(dǎo)電高韌金剛石復(fù)合材料（Diaphene）。這一創(chuàng)新成果以“Centimeter-sized diamond composites with high electrical conductivity and hardness”為題，于2月20日在《PNAS》雜志上發(fā)表。

       金剛石，被譽(yù)為自然界中最堅(jiān)硬的物質(zhì)，長期以來在航空航天、精密加工、油氣鉆探等領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用。然而，金剛石的密堆積結(jié)構(gòu)和飽和的強(qiáng)共價(jià)鍵導(dǎo)致其斷裂韌性低、導(dǎo)電性差，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。如何克服金剛石的硬度/韌性、導(dǎo)電性之間的矛盾，成為科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。

       針對(duì)這一問題，楊西貴教授團(tuán)隊(duì)提出了sp3向sp2鍵逆向相變的策略，結(jié)合國產(chǎn)六面頂壓機(jī)的大腔體二級(jí)增壓技術(shù)，以納米金剛石為前驅(qū)體，在相對(duì)溫和的壓力和溫度條件下實(shí)現(xiàn)了金剛石復(fù)合材料的生長。這種復(fù)合材料中，金剛石表面石墨化所產(chǎn)生的少層石墨烯均勻分布在納米金剛石顆?；w中，通過sp2/sp3共價(jià)鍵相互連接。

       厘米級(jí)大尺寸導(dǎo)電金剛石的維氏硬度和室溫電導(dǎo)率

       這種金剛石復(fù)合材料的性能表現(xiàn)令人印象深刻。其室溫電導(dǎo)率高達(dá)2.0×104Sm?1，維氏硬度為42.5~55.8 GPa，斷裂韌性為10.8~19.8 MPa m1/2，與商用硬質(zhì)合金相當(dāng)。這一成果不僅實(shí)現(xiàn)了材料硬度、斷裂韌性和導(dǎo)電性的協(xié)同優(yōu)化，還解決了金剛石材料無法兼具超硬、高韌和導(dǎo)電性的科學(xué)難題。

       這一創(chuàng)新性的金剛石復(fù)合材料制備技術(shù)，不僅為金剛石的應(yīng)用領(lǐng)域拓寬了新的可能性，也為大尺寸導(dǎo)電金剛石塊材的規(guī)?；苽涮峁┝丝尚型緩?。未來，這種新型金剛石復(fù)合材料有望在更多領(lǐng)域發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

      原文：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2316580121.