最近，中國科學(xué)家成功合成高質(zhì)量六方金剛石塊材，不僅終結(jié)了半個多世紀(jì)以來，六方鉆石能否獨立存在的爭議，還將其尺寸由納米級提升到毫米級。這一成果甚至帶動相關(guān)股市板塊一度暴漲。那么“六方金剛石”與我們熟知的立方金剛石到底有什么不同，本文將從結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、形成機(jī)制和應(yīng)用領(lǐng)域等方面，揭開這對“碳兄弟”的神秘面紗。

       晶體結(jié)構(gòu)：原子堆疊的幾何密碼

       1.立方金剛石（Diamond）

       立方金剛石屬于立方晶系，晶格常數(shù)在常溫常壓下為0.356~0.357nm，這一常數(shù)在常壓和室溫下保持穩(wěn)定。晶體結(jié)構(gòu)可以視為由許多重復(fù)的立方晶胞組成，每個晶胞都呈現(xiàn)出面心立方的原子分布。在晶胞內(nèi)部，四個原子分別與一個頂角的原子和三個相鄰面心的原子保持等距，通過共價鍵相連結(jié)，從而形成了正四面體的結(jié)構(gòu)特點，鍵角為109°28‘，形成三維網(wǎng)狀共價鍵。這種高度對稱的排列方式賦予了立方金剛石極佳的穩(wěn)定性。

       2.六方金剛石（Lonsdaleite，又稱藍(lán)絲黛爾石）

       六方金剛石屬于六方晶系，晶格常數(shù)a=b=0.252nm，c軸長度為0.412nm。其結(jié)構(gòu)類似于纖鋅礦（如氮化硼）。碳原子以六方密堆積方式排列，層與層之間交替錯位，形成類似蜂窩狀的二維層狀結(jié)構(gòu)，再通過共價鍵垂直連接。這種排列方式導(dǎo)致其對稱性低于立方結(jié)構(gòu)。

       物理與化學(xué)性質(zhì)：細(xì)微差異決定性能分別

       1、硬度：

       立方金剛石是自然界中最硬的物質(zhì)，在莫氏硬度標(biāo)準(zhǔn)中獨占鰲頭。

       六方金剛石雖然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比立方金剛石差，但其硬度卻更高。理論預(yù)測和實驗研究均表明，六方金剛石的單軸抗壓強(qiáng)度、單軸抗拉強(qiáng)度和壓痕強(qiáng)度均顯著優(yōu)于立方金剛石。例如，六方金剛石的最大抗壓強(qiáng)度比立方金剛石高出33.4%，而壓痕強(qiáng)度更是達(dá)到152 GPa，較立方金剛石提升了58%。中國科學(xué)家成功合成的高質(zhì)量六方金剛石塊材，其維氏硬度高達(dá)155±9 GPa，超過天然金剛石40%以上。

       2、熱穩(wěn)定性：

       立方金剛石在常溫常壓下處于亞穩(wěn)態(tài)，達(dá)到一定的誘導(dǎo)條件（如高溫）會轉(zhuǎn)變成穩(wěn)態(tài)的石墨。

       六方金剛石在真空環(huán)境下的熱穩(wěn)定性可達(dá)1100℃，優(yōu)于納米金剛石的900℃。

       3、光學(xué)性質(zhì)：

       立方金剛石具有高折射率和強(qiáng)色散性能，賦予了其獨特的五彩繽紛閃光效果。

       六方金剛石具有軸正光性和雙折射性，折射率范圍為2.11~2.12。

       形成條件：天外來客vs 實驗室奇跡

       1、立方金剛石： 

       自然界中形成于地球深部（地幔約150公里以下），需高溫（900–1400℃）高壓（4.5–6 GPa）環(huán)境。也可通過高溫高壓和化學(xué)氣相沉積（CVD）法人工合成。

       2、六方金剛石： 

       首次于1967年在隕石中被發(fā)現(xiàn)，故名“隕石鉆石”。它是石墨在隕石撞擊地球形成的高溫高壓條件下轉(zhuǎn)變而成的，但只有納米大小，且與隕石共生。某些隕石中的六方金剛石含量高達(dá)90%，被認(rèn)為是太陽系早期星云中極端事件的“化石記錄”。

       2025年2月，中國科學(xué)家成功合成高質(zhì)量六方金剛石塊材，不僅終結(jié)了半個多世紀(jì)以來六方鉆石能否獨立存在的爭議，還將其尺寸由納米級提升到毫米級。這一突破性成果為純相六方金剛石的人工合成提供了有效途徑。

       應(yīng)用前景：從超硬刀具到量子技術(shù)

       1.立方金剛石： 

        工業(yè)領(lǐng)域：切割工具、鉆頭涂層 

        電子器件：高熱導(dǎo)率散熱片、高壓半導(dǎo)體 

       光學(xué)應(yīng)用：紅外窗口、激光元件 

       量子技術(shù)：氮-空位色心用于量子傳感 

       2.六方金剛石（潛在突破領(lǐng)域）： 

       更耐磨的涂層材料 

       各向異性導(dǎo)電材料（如微型電極） 

       高壓科學(xué)研究的標(biāo)定材料   

       科學(xué)意義：改寫碳材料家族圖譜

       六方金剛石的存在挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)知——碳的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并非只有石墨和立方金剛石?？茖W(xué)家在實驗室合成純相六方金剛石塊體，證實其可在特定條件下穩(wěn)定存在。這一成果不僅拓展了碳相圖，還為設(shè)計新型超硬材料提供了思路。

       無論是歷經(jīng)億萬年地質(zhì)磨礪的立方金剛石，還是誕生于隕石撞擊瞬間的六方金剛石，它們都詮釋了碳元素的非凡可塑性。隨著合成技術(shù)的進(jìn)步，這對“碳兄弟”或?qū)⒃谖磥砜萍贾袛y手開辟新紀(jì)元。