摘要：中国科学家在超硬材料领域取得重大突破，成功合成了两种硬度可能超越钻石的新型材料——六方金刚石（朗斯黛尔石）和非晶态碳材料AM-III。这些材料不仅在硬度测试中表现出色，更重要的是它们克服了传统钻石的结构缺陷，为工业应用开辟了新的可能性。吉林大学、中山大学和燕山

信息来源：https://www.sustainability-times.com/research/the-chinese-discovery-of-super-diamonds-triggers-fierce-international-accusations-about-military-ambitions-and-industrial-domination/

中国科学家在超硬材料领域取得重大突破，成功合成了两种硬度可能超越钻石的新型材料——六方金刚石（朗斯黛尔石）和非晶态碳材料AM-III。这些材料不仅在硬度测试中表现出色，更重要的是它们克服了传统钻石的结构缺陷，为工业应用开辟了新的可能性。吉林大学、中山大学和燕山大学等机构的研究团队通过不同的合成路径，分别实现了这两种材料的实验室制备，其中六方金刚石的维氏硬度达到约164GPa，比传统钻石高出58%，而AM-III虽然硬度稍低但具备独特的半导体特性。

这一突破标志着材料科学从依赖自然发现向精确设计转变的重要里程碑。长期以来，钻石凭借其卓越的机械性能被誉为自然界最硬的材料，但其固有的解理面弱点限制了某些应用场景的发挥。中国研究团队的新发现不仅在理论上推进了对超硬材料的认识，更为航空航天、电子器件、精密加工等高端制造领域提供了新的材料选择。

原子结构重新设计的科学突破

革命性材料挑战钻石在硬度和工业应用方面的霸主地位的例证。

六方金刚石最初在陨石撞击坑中被发现，这种天然形成的碳同素异形体长期以来只能在极端宇宙环境中少量存在。中国科学家通过将石墨置于极高压力和温度条件下，成功合成了近乎纯净的六方金刚石晶体。与传统的立方金刚石相比，六方金刚石采用六边形原子排列，从根本上消除了导致材料沿特定方向分裂的解理面。

这种结构上的改进带来了显著的性能提升。理论计算预测六方金刚石的硬度可能比传统钻石高出58%，实验测试证实其维氏硬度确实达到了164GPa的惊人数值。更重要的是，这种各向同性的硬度分布使得材料在各个方向上都表现出一致的机械性能，这对于精密工业应用具有重要意义。

与此同时，燕山大学研发的AM-III材料则代表了完全不同的设计理念。通过在极端条件下压缩和加热富勒烯分子，研究人员创造出了一种非晶态碳材料。这种材料虽然缺乏规整的晶体结构，但正是这种"无序"赋予了它独特的优势。AM-III的维氏硬度约为113GPa，虽然低于六方金刚石，但已足以划伤传统钻石。

功能集成开启应用新纪元

AM-III的革命性意义不仅在于其机械性能，更在于它突破了超硬材料功能单一的局限。传统钻石虽然硬度极高，但作为优异的绝缘体，其在电子器件中的应用受到限制。AM-III则展现出半导体特性，其能带间隙与非晶硅相当，这为制造兼具超高硬度和电子功能的器件开辟了全新路径。

这种功能集成的突破为多个行业带来了颠覆性的应用前景。在太阳能领域，AM-III可用于制造既坚固又高效的太阳能电池板，这些电池板不仅能抵御恶劣环境侵蚀，还能在沙尘暴等极端条件下正常工作。在消费电子领域，AM-III有望用于制造真正"防摔不坏"的触摸屏，将机械保护与电子功能完美结合。

研究团队在相关学术期刊上发表的论文中强调，这些材料"结合了卓越的机械和电子性能，有望用于需要超高强度和耐久性的光伏应用"。这种多功能集成的特性使得新材料不仅是钻石的替代品，更是功能升级的革新产品。

制备技术的工程化挑战

尽管实验室取得了令人瞩目的成果，但将这些超硬材料从实验室推向工业应用仍面临重大技术挑战。六方金刚石的合成需要模拟陨石撞击的极端条件，这要求极高的压力和温度控制精度。目前的制备工艺虽然能够产生高质量的样品，但产量有限，成本较高。

AM-III的制备同样需要精确控制富勒烯分子的压缩和加热过程。这种非晶态材料的性能高度依赖于制备参数，微小的工艺变化都可能影响最终产品的质量。此外，如何实现大规模、可重复的生产，并保证产品质量的一致性，是实现商业化应用必须解决的关键问题。

业内专家指出，超硬材料的产业化通常需要5到10年的技术成熟期。在此期间，研究团队需要不断优化制备工艺，降低生产成本，同时建立完整的质量控制体系。同时，下游应用行业也需要时间来适应新材料的特性，开发相应的加工和应用技术。

全球竞争格局的新变化

中国在超硬材料领域的突破正在重塑全球竞争格局。传统上，美国、日本和欧洲在高端材料技术方面占据领先地位，而中国的这次突破显示出其在前沿材料研究方面的快速进步。这不仅体现了中国科研实力的提升，也反映了其在关键技术领域的战略布局。

国际材料科学界对这些发现表现出高度关注。多个国家的研究机构正在加速相关研究，试图在这一新兴领域占据有利位置。同时，知识产权的竞争也日趋激烈，各国都在加快相关技术的专利布局。

从产业角度看，超硬材料技术的突破可能催生新的产业链和商业模式。传统的钻石加工和应用企业需要重新评估技术路线，而新材料的出现也为创新企业提供了发展机遇。一些分析人士认为，未来5年内，超硬材料市场可能出现显著的技术迭代和产业重组。

这些科学突破的意义超越了单纯的技术层面，它们代表了人类对材料极限的新探索，以及通过原子级精密设计创造全新材料的能力。随着制备技术的不断成熟和应用领域的拓展，这些"超级钻石"有望在未来几年内从实验室走向实际应用，为多个行业带来革命性的变化。无论是在极端环境下工作的航空航天器件，还是日常生活中的电子产品，这些新材料都将以其卓越的性能重新定义可能的边界。

来源：人工智能学家