最近、吉林大学のLiu Bingbing教授とYao Mingguang教授、中山大学のZhu Shengcai教授のチームは、グラファイトが高温高圧下でポストグラファイト相を経て六方晶系ダイヤモンドを形成する新たな経路を発見し、立方体ダイヤモンドよりも硬く、熱安定性に優れた高品質でほぼ純粋な六方晶系ダイヤモンドバルク材料を初めて合成した。関連する研究成果は、国際学術誌「Nature・materials」に掲載されました。
1967年、アメリカの科学者は隕石クレーターで珍しい「スーパーダイヤモンド」を発見しました。六角形の結晶構造を持ち、隕石に共生し、より硬いことから注目を集めました。しかし、純相六方晶ダイヤモンドの人工合成は長年にわたって解決されていない科学的課題でした。
これまでの研究では、グラファイトが立方晶ダイヤモンドに変態する新たな機構が提案されており、sp3炭素高圧相構造の形成が重要な因子であることが判明した。研究チームは、六方晶系ダイヤモンドの人工合成を探求する際には、高圧相構造が鍵となる可能性が高いと考えた。
この目的を達成するために、チームは、レーザー加熱ダイヤモンドアンビル技術を使用して、50 GPaの超高圧高温下でその場でグラファイトの構造変化を研究する高温高圧実験を設計しました。彼らは、黒鉛が高圧領域においてポストグラファイト相の高圧構造を形成することを発見し、局所加熱により六方晶系ダイヤモンドを得ることに成功した。
研究によると、合成六方晶ダイヤモンドは優れた物理的特性を持ち、硬度は天然ダイヤモンドよりも 40% 高いことがわかっています。その熱安定性は真空環境で 1100°C に達する可能性があり、ナノダイヤモンドの 900°C よりも優れています。研究チームはさらに、大規模な分子動力学理論シミュレーションを組み合わせて、六方晶系ダイヤモンド構造の形成におけるグラファイト層の積層構造の重要な役割を明らかにし、グラファイトがポストグラファイト相を経て六方晶系ダイヤモンドを形成する新たな経路を確認した。
この成果は、超硬材料や新しい炭素材料に、より優れた特性を備えた新しい部材を加え、純相六方晶ダイヤモンドを人工合成する効果的な方法を提供します。また、隕石や主要な地質学的事象におけるダイヤモンドの特定の供給源を深く理解するためにも非常に重要です。