近日，鄭州大學楊西貴教授的研究團隊取得了一項重要突破，成功開發(fā)出厘米級尺寸的導電高韌金剛石復合材料（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，被譽為自然界中最堅硬的物質(zhì)，長期以來在航空航天、精密加工、油氣鉆探等領域發(fā)揮著不可或缺的作用。然而，金剛石的密堆積結(jié)構(gòu)和飽和的強共價鍵導致其斷裂韌性低、導電性差，這在一定程度上限制了其應用范圍的進一步擴大。如何克服金剛石的硬度/韌性、導電性之間的矛盾，成為科學界和產(chǎn)業(yè)界關注的焦點。

       針對這一問題，楊西貴教授團隊提出了sp3向sp2鍵逆向相變的策略，結(jié)合國產(chǎn)六面頂壓機的大腔體二級增壓技術(shù)，以納米金剛石為前驅(qū)體，在相對溫和的壓力和溫度條件下實現(xiàn)了金剛石復合材料的生長。這種復合材料中，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共價鍵相互連接。

       厘米級大尺寸導電金剛石的維氏硬度和室溫電導率

       這種金剛石復合材料的性能表現(xiàn)令人印象深刻。其室溫電導率高達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。這一成果不僅實現(xiàn)了材料硬度、斷裂韌性和導電性的協(xié)同優(yōu)化，還解決了金剛石材料無法兼具超硬、高韌和導電性的科學難題。

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

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