吉林大学成功合成超级钻石，成果发表在《Nature Materials》

在材料科学的前沿领域，每一次突破都可能为人类的未来带来无限可能。近日，吉林大学超硬材料国家重点实验室联合国内外科研团队，利用德国沃根瑞特（Max Voggenreiter GmbH）提供的高温高压大腔体压机（Large Volume Press, LVP）成功合成了一种具有非凡性能的新型材料——毫米级超级钻石（高纯度六方钻石 Hexagonal Diamond, HD），其硬度高达155 GPa，远超传统钻石！这一突破性成果发表于国际顶级期刊《Nature Materials》

颠覆性突破：超级钻石的“完美诞生”

早在1967年，美国科学家在陨石坑中发现了一种新型结构的钻石，命名为蓝丝戴尔石。这种因陨石撞击的巨大能量而产生的六方结构钻石尺寸微小，但其理论硬度比普通钻石高出近60%，因此被称为超级钻石。这一发现立即引起了欧美日等国科学家的极大兴趣，他们纷纷投入研究其形成机理，并尝试人工合成。但遗憾的是，半个多世纪过去了，纯相的超级钻石一直未能成功合成，国际上甚至存在“蓝丝黛尔石是否能够单独存在”的学术争议。吉林大学团队通过创新性技术路径，利用德国沃根瑞特大腔体压机，在30 GPa、1400°C条件下，成功将高取向热解石墨（HOPG）转化为毫米级高纯度六方超级钻石块体。该材料展现以下卓越性能：

• 超高硬度：轴向维氏硬度达155 GPa，比天然金刚石（~110 GPa）提升40%；

• 高热稳定性：在1100°C下结构稳定，远超纳米金刚石（900°C）；

• 定向结构：继承石墨前驱体的层状取向，形成“高度取向六方金刚石（HOHD）”，为功能性器件开发奠定基础。

这些特性使得超级钻石在众多高科技领域，如航空航天、电子器件、精密机械等，具有巨大的应用潜力。

超级钻石的透射电镜照片、XRD以及维氏硬度测试

大腔体压机：解锁超硬材料合成的核心利器

德国沃根瑞特高温高压大腔体压机（型号：LPR 1000）在这一研究中发挥了关键作用。其卓越的性能使得科研人员能够在极端条件下对石墨进行精确的处理，满足实验的苛刻要求，从而实现了超级钻石的合成。

• 极限压强控制：稳定输出30 GPa超高压，模拟地幔深部环境，驱动石墨向六方金刚石相变；

• 长时间稳定性：在高温高压下长时间稳定运行，保障晶体充分生长。

• 均匀压强分布：多面砧协同加压技术将压力梯度控制在5%以内，避免局部应力导致的材料缺陷。

德国沃根瑞特 LPR 1000 高温高压大腔体压机

从实验室到产业：超硬材料的未来蓝图

吉林大学的这一成果不仅验证了超级钻石的独立存在性，更开辟了其在高端工业领域的应用前景：

• 超硬切削工具：155 GPa硬度可大幅提升钻头、刀具的耐磨性与寿命；

• 极端环境器件：高热稳定性使其适用于航空航天、核能等领域；

• 量子技术载体：高度取向结构为量子传感器、单光子发射器提供理想基底。

参考文献：Chen, D. et al. General approach for synthesizing hexagonal diamond by heating post-graphite phases. Nat. Mater. (2025).