金剛石憑借其無與倫比的硬度、優(yōu)異的熱導率、寬帶隙和光學透明性，在精密加工、電子器件及光學領域備受矚目。然而，其固有的脆性和有限的韌性長期制約了其在抗沖擊、抗裂性需求場景中的應用拓展。

近日，燕山大學亞穩(wěn)材料全國重點實驗室田永君院士團隊在權威期刊《Nature Materials》發(fā)表題為“Microstructure engineering in diamond-based material”的綜述論文，該文章概述了金剛石及其衍生材料的最新研究進展及金剛石基材料的研究方向和潛在應用，為下一代超硬材料技術發(fā)展指明方向。

論文最新進展表明，通過選擇不同碳前驅體材料，利用高壓高溫（HPHT）這一核心技術實現(xiàn)了復雜微結構的精準設計及調控，成功制備出納米孿晶金剛石、層級結構金剛石復合材料、石墨-金剛石雜化材料Gradia以及非晶金剛石等系列創(chuàng)新材料。這些新型金剛石材料不僅顯著提升了金剛石的硬度和韌性，還賦予了其多功能性。

在硬度提升方面，通過精細調控金剛石晶粒和孿晶結構，充分利用Hall-Petch效應和量子限域效應，納米孿晶金剛石的維氏硬度可達175-203GPa，遠超傳統(tǒng)單晶金剛石。

論文還報道了金剛石基材料中發(fā)現(xiàn)的一系列新興現(xiàn)象，包括非共格孿晶界的演變行為、室溫自愈合現(xiàn)象以及可調控的電學和光學性能等。這些發(fā)現(xiàn)不僅深化了對金剛石材料基礎科學的理解，也為其在電子、光學和其他領域的應用開辟了新途徑。

研究結果表明，利用這種新型金剛石結構，材料的力學性能顯著提高，尤其在抗沖擊性和耐磨性方面有了突破。此項研究為金剛石材料的高效應用提供了新的思路和方法，也為下一代金剛石基技術的發(fā)展奠定了基礎。