燕山大学は、グラファイト/ダイヤモンド相転移の研究において重要な進歩を遂げました

最近、燕山大学準安定材料調製技術科学国家重点実験室のZhao Zhishengら、学者のTian Yongjunらが国内外の学者と協力して、静的高圧下でのグラファイトからダイヤモンドへの直接相転移の問題を明らかにしました。 、半世紀以上にわたって科学界を悩ませてきました。 、そして優れた特性の組み合わせを持つハイブリッドカーボン材料の新しいクラスを発見しました。 「コヒーレントな界面がグラファイトからダイヤモンドへの直接変換を支配する」というタイトルの研究結果は、2022 年 7 月 6 日に Nature にオンラインで掲載されました。

 

論文へのリンク: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2。

 

グラファイトとダイヤモンドは、自然界で最も一般的な炭素材料です。 グラファイトからダイヤモンドへの直接変換は通常、高温高圧下の「ブラック ボックス」で行われ、相転移のメカニズムについては多くの議論がなされてきました。 燕山大学の研究チームは、静的高圧下で部分的な相転移を起こすグラファイト サンプルで、グラファイトとダイヤモンド間のコヒーレントな界面構造を初めて観察して決定し、静的高圧下でのグラファイト/ダイヤモンド相転移メカニズムを明らかにしました。グラファイト層は2種類のダイヤモンドを通過する構造要素と2つの長方形の構造要素が局所的に結合してコヒーレント界面を形成し、グラファイトからダイヤモンドへの遷移はコヒーレント界面のグラファイト領域への進行によって実現されます。 構造要素のさまざまな組み合わせにより、さまざまなコヒーレントな界面構造が形成され、ダイヤモンド相転移領域に豊富な下部構造 (積層欠陥、双晶、ダイヤモンド多形体など) が形成されます。 この新しい固/固相転移メカニズムは、古典的な核形成成長や協同的せん断メカニズムとは異なり、IVA 単体、IIIA-VA 化合物など、他の共有結合物質の固-固相転移プロセスに適用できる可能性があります。

 

研究チームは、このタイプのグラファイト/ダイヤモンド コヒーレント インターフェースを持つハイブリッド カーボン材料を Gradia と名付けました。 Gradia は、機械的特性と電気的特性の優れた組み合わせを備えています。ヌープ硬度は 51-115GPa の間で調整可能です。 室温抵抗率は 8´10-4-4.9´105Ω m の間で調整可能です。 破壊靭性は非常に高く、測定は従来の圧痕法を使用して行われました。 グラディアは、グラファイトとダイヤモンドの性能上の利点を組み合わせており、グラファイトとダイヤモンドの比率を変えることで、その性能をさらに調整することができます。 導電性/超硬度、強靭性/超硬度などの優れた特性を併せ持つ、新世代の高性能カーボン素材です。

 

研究によって明らかにされたグラファイト/ダイヤモンドの直接的な相転移メカニズムは、固相/固相転移タイプを豊富にし、発見された新しいハイブリッド炭素材料は、高性能な新しい材料の開発にインスピレーションを与えます。 この研究成果は、中国、米国、日本、ヨーロッパで発明特許を申請しています。 このタイプのハイブリッド構造が安定して存在できることを予測した以前の理論的研究は、Chin に掲載されました。 物理。 レット。 38, 028102 (2021); 顎。 物理。 レット。 39, 036301 (2022); メートル。 今日の物理。 23、100630（2022）。

 

この作品は、中国国立自然科学財団 (52090020、91963203、51772260、U20A20238 など)、国家主要研究開発プログラム (2018YFA0703400、2018YFA0305900)、河北省科学財団 (E2018203349) によって支援されました。 . この論文の共同筆頭著者は、Luo Kun、Liu Bing、Hu Wentao、Dong Xiao であり、責任著者は Zhao Zhisheng 教授です。