【新聞中心訊】在國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目和國家自然科學(xué)基金項目等資助下，燕山大學(xué)亞穩材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室田永君教授團隊與北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院郭林教授團隊等單位合作，成功截獲多種金剛石多型體，并制備出了韌性?xún)?yōu)異的多級結構金剛石復合材料。研究成果以“具有優(yōu)異韌性的多級結構金剛石復合材料(Hierarchically structured diamond composite with exceptional toughness）”為題，于2020年6月18日在線(xiàn)發(fā)表于《自然》（Nature）期刊上。論文鏈接為：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2361-2。

納米孿晶金剛石復合材料的HAADF-STEM像。

圖中3C代表立方結構金剛石，2H、4H、9R和15R分別代表立方結構金剛石的4種多型體。

納米孿晶金剛石復合材料和典型工程材料的硬度和斷裂韌性

（以上圖片由亞穩材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室提供）

金剛石是已知材料中脆性最大的無(wú)機晶體材料。如何協(xié)同提高其硬度和韌性一直是材料科學(xué)研究面臨的重要挑戰之一。燕山大學(xué)團隊的前期研究已經(jīng)證實(shí)，通過(guò)顯微組織的納米孿晶化可以協(xié)同提高金剛石的硬度和韌性：在維氏硬度提高到200GPa的同時(shí)，斷裂韌性能夠提高到與硬質(zhì)合金相當的水平。

燕山大學(xué)與北京航空航天大學(xué)等單位合作提出了金剛石增韌的新思路。通過(guò)組織調控，該團隊制備出了一種具有多級結構特征的金剛石復合材料，該材料由金剛石多型體、交織的3C金剛石納米孿晶和互鎖的金剛石納米晶粒分級組裝而成。這種組織實(shí)現了納米孿晶增韌、疊層復合增韌和相變增韌的協(xié)同，在保持200GPa維氏硬度的情況下，將納米孿晶金剛石的斷裂韌性再次提高到26.6 MPam^0.5，該值約為人工合成金剛石斷裂韌性的5倍，已高于鎂合金且與鋁合金相當。

本工作不僅實(shí)驗確認了2H、4H、9R和15R四種sp³雜化金剛石多型體的存在，而且發(fā)現的協(xié)同增韌機制為發(fā)展高韌性超硬材料和工程陶瓷提供了新的途徑。

本工作共同第一作者為岳永海、高宇飛、胡文濤和徐波，通訊作者為周向鋒、郭林和田永君。（編輯 蔡巧怡）