La Universitat de Yanshan ha fet un avenç important en la investigació de la transició de fase grafit/diamant

Recentment, Zhao Zhisheng i altres del Laboratori Clau Estatal de Tecnologia i Ciència de Preparació de Materials Metaestables de la Universitat de Yanshan, l'acadèmic Tian Yongjun i altres van cooperar amb estudiosos nacionals i estrangers per aclarir el problema de la transició de fase directa del grafit al diamant sota alta pressió estàtica. , que ha afectat la comunitat científica durant més de mig segle. , i va descobrir una nova classe de materials de carboni híbrids amb una excel·lent combinació de propietats. Els resultats de la investigació, titulats "Les interfícies coherents governen la transformació directa del grafit al diamant", es van publicar en línia a Nature el 6 de juliol de 2022.

 

Enllaç en paper: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2.

 

El grafit i el diamant són els materials de carboni més comuns a la natura. La transformació directa de grafit a diamant es realitza normalment en una "caixa negra" a alta temperatura i alta pressió, i el mecanisme de transformació de fase ha estat molt debatut. L'equip d'investigació de la Universitat de Yanshan va observar i determinar per primera vegada l'estructura d'interfície coherent entre el grafit i el diamant en una mostra de grafit que experimenta una transició de fase parcial sota alta pressió estàtica, i després va aclarir el mecanisme de transició de fase grafit/diamant sota alta pressió estàtica: el La capa de grafit passa per dos tipus de diamant L'element estructural i els dos elements estructurals rectangulars estan units localment per formar una interfície coherent, i la transició del grafit al diamant es realitza mitjançant l'avenç de la interfície coherent a la regió del grafit. Diferents combinacions d'elements estructurals formen una varietat d'estructures d'interfície coherents, donant lloc a la formació d'abundants subestructures (falles d'apilament, bessons, polimorfs de diamant, etc.) a la regió de transició de fase del diamant. Aquest nou mecanisme de transició en fase sòlida/sòlida és diferent del clàssic de creixement de la nucleació i el mecanisme de cisalla cooperativa, i pot ser aplicable als processos de transició en fase sòlida-sòlida d'altres materials covalents, com ara substàncies simples IVA, compostos IIIA-VA, etc.

 

L'equip d'investigació va anomenar aquest tipus de material de carboni híbrid amb una interfície coherent de grafit/diamant Gradia. Gradia té una excel·lent combinació de propietats mecàniques i elèctriques: la duresa Knoop es pot ajustar entre 51-115GPa; la resistivitat a temperatura ambient és ajustable entre 8´10-4-4.9´105Ω m; La tenacitat a la fractura és molt alta i no es pot fer. Les mesures es van fer mitjançant el mètode de sagnat convencional. Gradia combina els avantatges de rendiment del grafit i el diamant, i el seu rendiment es pot ajustar encara més canviant la proporció de grafit i diamant. És una nova generació de material de carboni d'alt rendiment que realitza la combinació de conductivitat elèctrica/superduresa, duresa/ultraduresa extrema i altres propietats superiors.

 

El mecanisme de transició de fase directa grafit/diamant revelat per la investigació enriqueix els tipus de transició en fase sòlida/sòlida, i els nous materials de carboni híbrids descoberts proporcionen inspiració per al desenvolupament de nous materials d'alt rendiment. Els resultats de la investigació han sol·licitat patents d'invenció a la Xina, els Estats Units, el Japó i Europa. El treball teòric anterior que prediu que aquest tipus d'estructura híbrida pot existir de manera estable es va publicar a Chin. Phys. Lett. 38, 028102 (2021); Barbeta. Phys. Lett. 39, 036301 (2022); Mater. Avui Phys. 23, 100630 (2022).

 

Aquest treball va comptar amb el suport de la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina (52090020, 91963203, 51772260, U20A20238, etc.), el Programa Nacional d'Investigació i Desenvolupament Clau (2018YFA0703400, 2018YFA0305900) i la Fundació Provincial de Ciència Hebe238i Excel·lent (E234) . Els co-primers autors de l'article són Luo Kun, Liu Bing, Hu Wentao i Dong Xiao, i l'autor corresponent és el professor Zhao Zhisheng.