Onlangs ontdekte het team van professoren Liu Bingbing en Yao Mingguang van de Jilin Universiteit en professor Zhu Shengcai van de Sun Yat-sen Universiteit een nieuw pad voor grafiet om hexagonaal diamant te vormen door de post-grafietfase onder hoge temperatuur en druk, en synthetiseerde voor de eerste keer een hoogwaardig, bijna puur hexagonaal diamantbulkmateriaal, dat harder is dan kubieke diamant en een goede thermische stabiliteit heeft. Relevante onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het internationale wetenschappelijke tijdschrift "Nature·Materials".
In 1967 ontdekten Amerikaanse wetenschappers een zeldzame ‘superdiamant’ in een meteorietkrater. Het trok veel aandacht omdat het een zeshoekige kristalstructuur had, symbiotisch was in meteorieten en harder was. De kunstmatige synthese van hexagonale diamant in de zuivere fase is echter een wetenschappelijk probleem dat al lange tijd niet is opgelost.
Eerder onderzoek heeft een nieuw mechanisme voorgesteld voor de transformatie van grafiet in kubieke diamant, en heeft vastgesteld dat de vorming van de hogedrukfasestructuur van sp3-koolstof een belangrijke factor is. Het team was ervan overtuigd dat bij het onderzoeken van de kunstmatige synthese van hexagonaal diamant de hogedrukfasestructuur waarschijnlijk de sleutel zal zijn.
Daartoe ontwierp het team een experiment bij hoge temperatuur en hoge druk, waarbij gebruik werd gemaakt van laserverwarmde diamantaambeeldtechnologie om de structurele veranderingen van grafiet in situ te bestuderen onder ultrahoge druk en hoge temperatuur van 50 GPa. Ze ontdekten dat grafiet een hogedrukstructuur in de post-grafietfase zal vormen in het hogedrukbereik, en verkregen vervolgens met succes hexagonaal diamant door lokale verwarming.
Uit onderzoek blijkt dat synthetische hexagonale diamant uitstekende fysische eigenschappen heeft, met een hardheid die 40% hoger is dan die van natuurlijke diamant; de thermische stabiliteit ervan kan 1100°C bereiken in een vacuümomgeving, wat beter is dan de 900°C van nanodiamant. Het team combineerde verder grootschalige theoretische simulaties van de moleculaire dynamica om de sleutelrol van de stapelconfiguratie van de grafietlaag bij de vorming van de hexagonale diamantstructuur te onthullen, waarmee een nieuw pad werd bevestigd voor grafiet om hexagonale diamant te vormen via de post-grafietfase.
Deze prestatie biedt een effectieve manier om op kunstmatige wijze zeshoekige diamant in zuivere fase te synthetiseren, waardoor nieuwe leden met betere eigenschappen worden toegevoegd aan superharde materialen en nieuwe koolstofmaterialen. Het is ook van groot belang voor een diepgaand begrip van de specifieke bronnen van diamanten in meteorieten en grote geologische gebeurtenissen.