新技术突破：厘米级导电高韧金刚石复合材料问世

近日，郑州大学杨西贵教授的研究团队取得了一项重要突破，成功开发出厘米级尺寸的导电高韧金刚石复合材料（Diaphene）。这一创新成果以“Centimeter-sized diamond composites with high electrical conductivity and hardness”为题，于2月20日在《PNAS》杂志上发表。

金刚石，被誉为自然界中最坚硬的物质，长期以来在航空航天、精密加工、油气钻探等领域发挥着不可或缺的作用。然而，金刚石的密堆积结构和饱和的强共价键导致其断裂韧性低、导电性差，这在一定程度上限制了其应用范围的进一步扩大。如何克服金刚石的硬度/韧性、导电性之间的矛盾，成为科学界和产业界关注的焦点。针对这一问题，杨西贵教授团队提出了sp3向sp2键逆向相变的策略，结合国产六面顶压机的大腔体二级增压技术，以纳米金刚石为前驱体，在相对温和的压力和温度条件下实现了金刚石复合材料的生长。这种复合材料中，金刚石表面石墨化所产生的少层石墨烯均匀分布在纳米金刚石颗粒基体中，通过sp2/sp3共价键相互连接。

厘米级大尺寸导电金刚石的维氏硬度和室温电导率

这种金刚石复合材料的性能表现令人印象深刻。其室温电导率高达2.0×104Sm−1，维氏硬度为42.5~55.8 GPa，断裂韧性为10.8~19.8 MPa m1/2，与商用硬质合金相当。这一成果不仅实现了材料硬度、断裂韧性和导电性的协同优化，还解决了金刚石材料无法兼具超硬、高韧和导电性的科学难题。这一创新性的金刚石复合材料制备技术，不仅为金刚石的应用领域拓宽了新的可能性，也为大尺寸导电金刚石块材的规模化制备提供了可行途径。未来，这种新型金刚石复合材料有望在更多领域发挥其独特的优势，推动相关产业的快速发展。

原文：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2316580121.