中国科学家在一次实验中合成了一种比钻石还硬的“陨石钻石”。据郑州大学物理学院教授杨西贵介绍，传统上大家所熟知的金刚石其实属于立方晶系，而他们合成的六方金刚石硬度更高。这个项目团队成功制备出了毫米级的纯相六方金刚石块材，并且解析了其晶体结构。这次研究成果发表在了顶级科学期刊《自然》上。这个过程持续了5年时间，从2021年开始团队就一直致力于六方金刚石的合成和研究。最近在2025年的时候，吉林大学还有北京高压科学研究中心的科研团队也成功合成出了六方金刚石块材。这意味着近几年内有3个独立研究组都在试图解答同一个问题：能不能在实验室中合成出六方金刚石？但在论文发表之前，他们互相并不知情。传统金刚石因为其硬度高、热导率好、声传输速度快等优点，在很多领域都有广阔的应用前景。但传统金刚石是立方晶系结构，而在64年前有研究者从理论上预测六方晶系金刚石可能存在。到了1967年，科学家们终于在陨石中发现了一种具有六方结构的碳同素异形体，即六方金刚石。这种独特的原子堆垛方式赋予它比立方金刚石更高的硬度。杨西贵表示在碳材料中共有三种杂化轨道类型，sp1、sp2和sp3。虽然sp3家族只有立方金刚石被广泛应用，但他猜测还有其他家族成员未被确认，而六方金刚石就是其中之一。从2021年起他们就开始探索这种可能存在的新物质。到了2025年左右，在发表论文审稿期间他们发现吉林大学还有北京高压科学研究中心的科研团队也有相同目标。杨西贵表示这是三个人在同一问题上互相切磋，在论文发表之前都不知道对方做了什么。这个过程很漫长是因为天然六方金刚石形成条件极其极端且概率极低，并且很难以纳米颗粒形式被分离出来。同时实验条件下形成能垒高，导致高温高压产物多以立方相为主，所以长期以来科学界一直存在争议。 科研人员需要利用外界条件逼迫六方金刚石现身并找到其独有的特征标志。基于之前基础技术突破思路是用高定向热解石墨为原材料精准控制压力和温度条件开发大腔体单轴高压技术来诱导石墨重组为六方金刚石。 通常高温高压设备通过液压系统均匀加压样品但这次只需施加轴方向上压力听起来简单实则很困难需要20万个标准大气压还要在1300摄氏度高温下进行“捏橡皮泥”。“为了实现这一构想我们开发了大腔体单轴高压技术和合成工艺这个技术让高定向热解石墨中碳原子受限滑移构成了独特堆叠结构。”杨西贵说。 由于这种材料和传统立方金刚石结构高度相似所以还要找到它独特印迹帮助人们精准区分清楚它的身份程少博教授利用多种先进手段系统解析了晶体结构和成键特征并获得清晰原子级分辨图像就像找到了它的“指纹”确认了身份。 六方晶体对称性改变了材料内部抵抗应力方式使其更有效地抵御剪切破坏理论预测显示在面对极端受力时其硬度比立方高58%维氏硬度和剪切模量均优于传统立方。 这就意味着一种预期性能更极致超硬材料终于走出理论预测和陨石传说成为人类可制备实体这一研究被评价极具说服力解决了存在性争议问题 未来希望不断优化合成技术制备单晶并把样品尺寸做大推动其在多领域实际应用单崇新教授说。