近日，燕山大学田永君院士团队联合南京理工大学、宁波大学研究人员成功合成硬度达276GPa的超细纳米孪晶金刚石块材，刷新材料硬度世界纪录。相关研究于1月3日在《自然·合成》(Nature Synthesis)发表。

金刚石是自然界中最硬的材料，在机械加工、油气开采和地质勘探等领域应用广泛。单晶金刚石的硬度因晶体取向不同而异，介于60GPa—120GPa之间。长期以来，科研人员一直在探索如何合成硬度更高的金刚石材料。

晶粒细化是提升金刚石硬度的经典方法，但过高的晶界能量会促使晶粒长大，阻碍晶粒进一步细化，从而限制硬度提升空间。面对这一技术难题，田永君院士团队开创了孪晶细化的新途径。

在最新研究中，研究团队通过精确控制洋葱碳前驱体尺寸并进行高压相变，成功合成出具有突破性性能的超细纳米孪晶金刚石块材：平均晶粒尺寸18纳米，平均孪晶厚度仅2.3纳米，硬度高达276GPa。通过电镜观察，他们发现样品中既有贯穿型孪晶，也有互锁型孪晶，其中互锁型孪晶占主导地位。对比实验进一步证实了这种结构的关键作用，用金刚石粉为原料制备的纳米晶金刚石，尽管晶粒同样细小(24纳米)，但由于缺乏密集的互锁型孪晶结构，硬度仅为125GPa。这一突破为超硬材料未来研发奠定了重要理论基础和技术支撑。(记者王璐丹)