【新闻中心讯】金刚石作为一种独特的材料，不仅因其璀璨光芒在珠宝领域备受青睐，更因其卓越的物理化学性能在科学技术领域占据重要地位。然而，金刚石固有的脆性和有限的韧性长期制约了其在更广泛技术领域的应用。近日，燕山大学亚稳材料全国重点实验室田永君院士团队在权威期刊《Nature Materials》发表题为“Microstructure engineering in diamond-based material”的综述论文，系统总结了通过微结构工程提升金刚石及其衍生材料性能的最新研究进展。

该综述详细阐述了金刚石微结构工程的实施策略：通过选择不同碳前驱体材料，利用高压高温（HPHT）这一核心技术实现了复杂微结构的精准设计及调控，成功制备出纳米孪晶金刚石、层级结构金刚石复合材料、石墨-金刚石杂化材料Gradia以及非晶金刚石等系列创新材料（图1），不仅显著提升了金刚石的硬度和韧性，还赋予了其多功能性。综述进一步深入探讨了如何通过微结构工程来克服金刚石传统局限性：通过精细调控金刚石晶粒和孪晶结构，充分利用Hall-Petch效应和量子限域效应显著提升了金刚石硬度，例如纳米孪晶金刚石的维氏硬度可达175-203 GPa，远超传统单晶金刚石；通过设计特殊界面结构和复合相组成，成功解决了传统金刚石材料硬度与韧性难以兼得的问题；此外，低密度碳同素异形体（如石墨、富勒烯、玻璃碳等）在HPHT条件下可转变为具有独特微结构和性能的金刚石基材料，为多功能性金刚石材料的设计与开发提供了丰富的可能性。综述还报道了金刚石基材料中发现的一系列新兴现象，包括非共格孪晶界的演变行为、室温自愈合现象以及可调控的电学和光学性能等。这些发现不仅深化了对金刚石材料基础科学的理解，也为其在电子、光学和其他领域的应用开辟了新途径。综述还展望了金刚石基材料未来研究的重点，如制备直径超过3毫米的高质量纳米孪晶金刚石以满足金刚石压砧装置需求，通过将孪晶厚度减小至接近理论极限（约0.618纳米）进一步提高金刚石硬度，以及探索金刚石自愈合现象在陶瓷键合技术中的应用潜力等。

该综述论文由燕山大学亚稳材料全国重点实验室独立完成，论文通讯作者为聂安民、赵智胜、徐波和田永君。研究获得国家自然科学基金（52288102、52090022）、河北省自然科学基金（E2024203054、E2022203109）等项目支持。

图1.不同低密度碳前驱物在高温高压条件下合成具有多样微结构的金刚石基材料。