Yanshan University heeft belangrijke vooruitgang geboekt in het onderzoek naar de faseovergang van grafiet/diamant

Onlangs werkten Zhao Zhisheng en anderen van het State Key Laboratory of Metatable Materials Preparation Technology and Science van de Yanshan University, academicus Tian Yongjun en anderen samen met binnen- en buitenlandse wetenschappers om het probleem van directe faseovergang van grafiet naar diamant onder statische hoge druk op te helderen. , die de wetenschappelijke gemeenschap al meer dan een halve eeuw teistert. , en ontdekte een nieuwe klasse hybride koolstofmaterialen met een uitstekende combinatie van eigenschappen. De onderzoeksresultaten, getiteld "Coherent interfaces governance direct transformation from graphite to diamond", zijn op 6 juli 2022 online gepubliceerd in Nature.

 

Papieren link: https://www.nature.com/articles/s41586-022-04863-2.

 

Grafiet en diamant zijn de meest voorkomende koolstofmaterialen in de natuur. De directe transformatie van grafiet naar diamant wordt meestal uitgevoerd in een "zwarte doos" bij hoge temperatuur en hoge druk, en het mechanisme van fasetransformatie is veel besproken. Het onderzoeksteam van Yanshan University observeerde en bepaalde voor het eerst de coherente interfacestructuur tussen grafiet en diamant in een grafietmonster dat een gedeeltelijke faseovergang ondergaat onder statische hoge druk, en verduidelijkte vervolgens het grafiet/diamant fase-overgangsmechanisme onder statische hoge druk: de grafietlaag gaat door twee soorten diamant. Het structurele element en de twee rechthoekige structurele elementen zijn plaatselijk gebonden om een ​​coherente interface te vormen, en de overgang van grafiet naar diamant wordt gerealiseerd door de vooruitgang van de coherente interface naar het grafietgebied. Verschillende combinaties van structurele elementen vormen een verscheidenheid aan coherente interfacestructuren, wat leidt tot de vorming van overvloedige substructuren (stapelfouten, tweelingen, diamantpolymorfen, enz.) In het faseovergangsgebied van de diamant. Dit nieuwe vaste/vaste-fase-overgangsmechanisme verschilt van het klassieke nucleatiegroei- en coöperatieve afschuifmechanisme, en kan van toepassing zijn op vaste-vaste fase-overgangsprocessen van andere covalente materialen, zoals eenvoudige IVA-stoffen, IIIA-VA-verbindingen, enz. .

 

Het onderzoeksteam noemde dit type hybride koolstofmateriaal met een grafiet/diamant coherente interface Gradia. Gradia heeft een uitstekende combinatie van mechanische eigenschappen en elektrische eigenschappen: Knoophardheid is instelbaar tussen 51-115GPa; weerstand bij kamertemperatuur is instelbaar tussen 8´10-4-4.9´105Ω m; de breuktaaiheid is zeer hoog en kan niet gemeten worden met behulp van de conventionele indrukkingsmethode. Gradia combineert de prestatievoordelen van grafiet en diamant en de prestaties kunnen verder worden aangepast door de verhouding tussen grafiet en diamant te wijzigen. Het is een nieuwe generatie hoogwaardig koolstofmateriaal dat de combinatie van elektrische geleidbaarheid/superhardheid, extreme taaiheid/ultrahardheid en andere superieure eigenschappen realiseert.

 

Het directe faseovergangsmechanisme van grafiet/diamant dat uit het onderzoek naar voren komt, verrijkt de vaste/vaste faseovergangstypes, en de ontdekte nieuwe hybride koolstofmaterialen bieden inspiratie voor de ontwikkeling van hoogwaardige nieuwe materialen. De onderzoeksresultaten hebben uitvindingsoctrooien aangevraagd in China, de Verenigde Staten, Japan en Europa. Het eerdere theoretische werk dat voorspelde dat dit type hybride structuur stabiel kan bestaan, werd gepubliceerd in Chin. Fysiek. Lett. 38, 028102 (2021); Kin. Fysiek. Lett. 39, 036301 (2022); zaak. Vandaag Fys. 23, 100630 (2022).

 

Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (52090020, 91963203, 51772260, U20A20238, etc.), het National Key Research and Development Program (2018YFA0703400, 2018YFA0305900) en de Hebei Provincial Science Foundation for Outstanding Youth (E2018203349) . De co-eerste auteurs van het artikel zijn Luo Kun, Liu Bing, Hu Wentao en Dong Xiao, en de overeenkomstige auteur is professor Zhao Zhisheng.