日前從北京高壓科學研究中心獲悉，該中心緱慧陽研究員團隊及其合作者利用高溫高壓手段首次制備了一種新形態金剛石——次晶態金剛石，該形態是科學家們一直尋找的具有中程有序結構的金剛石。此外，他們發現次晶態金剛石顯示出優越的力學性能和熱穩定性，在高端技術領域和極端環境應用領域具有重要的應用前景，相關成果于近日在《自然》發表。
通常情況下，根據是否存在長程周期性，固體被分為結晶態和非結晶態。當晶體的長程有序度顯著降低時，理解這兩種狀態之間的差別變得異常困難，特別是對于強共價和類共價固體。因此，理論科學家們提出了一種“次晶態結構模型”，這種“次晶模型”本質是在非晶基體中引入納米尺寸的次晶晶格來解釋非晶態晶體的中程有序結構。
該研究團隊使用富勒烯作為原料通過自主開發的大腔體壓機極端高壓技術對富勒烯進行高溫高壓處理，發現壓縮的富勒烯聚合轉變成為一種高密度無序的碳。高分辨透射電子顯微鏡顯示樣品中存在高密度且均勻分布的類晶體團簇(尺寸為0.5~1.0nm)，其原子構型接近于立方和六方金剛石并且具有很高的晶格畸變，這種由亞納米尺寸次晶為主要構成的金剛石被稱為次晶金剛石。他們進一步用大尺度分子動力學模擬證實了這種隱藏的結構有序性，建立了與實驗結果高度匹配的次晶金剛石模型。
“與非晶硅相比，非晶金剛石在兩個原子配位殼層內存在超強的類金剛石短程有序性，這一特征有利于中程有序結構的形成。另外，次晶金剛石的合成還高度依賴于富勒烯前驅物的本身結構特點。”緱慧陽解釋。
