要点:
中国科研团队成功合成出硬度比天然钻石高40%的“超级钻石”，为全球钻石产业带来革命性突破，预示着钻石技术的新时代到来。
说到钻石（也被称为金刚石），大家通常会想到它是戒指装饰的首选，代表真爱的“一颗永流传”。但实际上，得益于其天生的硬度，钻石在工业上也有着广泛的应用。
早在1967年，美国亚利桑那州Diablo峡谷的陨石中首次发现了一种超硬钻石“朗斯代尔石”/Lonsdaleite，也被称为六方钻石，它独特的晶体结构赋予了它超凡的硬度。但由于高温高压下六方钻石的形成能垒高于立方钻石，因此经过半个多世纪的努力，纯相的人工合成六方钻石一直未能实现。
随着科技的不断进步，中国的科研力量正在逐步改变这一局面。近期，中国的研究团队成功合成了一种罕见的“超硬钻石”，拥有极高的硬度和独特的物理特性。这一突破性成果标志着中国在钻石技术领域的重大进展，也为全球钻石产业带来了前所未有的变革机会。
六方钻石：从陨石撞击下形成
六方钻石，是一种特殊的钻石。它的晶体结构不同于传统钻石的立方晶格，而是六方晶格。六方钻石通常呈半透明的棕黄色，折射率在2.40到2.41之间，密度在3.2到3.3之间。这种物质是碳的另一种形态，通常在自然界中的陨石碎片中找到。当地球上的流星撞击地面时，由于巨大的热量和压力，流星中的石墨会转化成钻石，但保持了石墨原本的六方晶格结构。
六方钻石和立方钻石的主要区别在于它们的晶体结构。立方钻石的碳原子以立方晶体结构排列，这是我们在自然界中常见的钻石形式。而六方钻石的碳原子则以六方晶体结构排列，这种结构通常在陨石撞击等极端的高压高温环境下形成。
除了从天然陨石中提取，六方钻石还可以通过实验室合成
早在1966年或更早，科学家们就已经通过在静态压机中或使用炸药加热石墨，成功地人工制造出了这种特殊的钻石。除了在实验室使用静态压机或炸药加压加热石墨的方法外，还可以通过化学气相沉积法来制造六方碳烯石，或者在常压的氩气环境中，通过加热到1000°C (1832°F)，利用氢炔碳烯分解来合成六方碳烯。
2020年，澳大利亚国立大学的研究人员偶然发现，他们能够通过使用钻石压砧，在室温下成功制造六方硅石。到了2021年，华盛顿州立大学冲击物理研究所发布了一项研究成果，称他们成功制造出了足够大的六方钻石晶体，并且能够测量其硬度。研究证明，这些六方钻石比普通的立方钻石更硬。不过，由于制作这些晶体时需要用到爆炸，晶体会在几纳秒后被摧毁，只有短短的时间能用激光测量其硬度。
而近日，中国科研团队发现了高温高压下石墨经由后石墨相形成六方钻石的全新路径，并“首次”合成出高质量六方钻石块材，发现其具有高出立方钻石的极高硬度和良好的热稳定性。
“超级钻石”：比天然钻石硬40%
2月10日，中国吉林大学高压与超硬材料重点实验室、综合极端条件高压科学中心的刘冰冰教授和姚明光教授团队与中山大学朱升财教授等合作，在“Nature Materials”期刊上发表了题为“General Approach for Synthesizing Hexagonal Diamond by Heating Post-Graphite Phases”的重要研究论文，揭示了在高温高压条件下，石墨通过“后石墨相”转变为六方钻石的全新合成路径，并首次成功合成出高质量六方钻石块材。
通过化学气相沉积法/CVD，他们在真空条件下精确控制碳原子的排列，使钻石晶体的生长速度提高了3倍，成本降低至天然钻石的1/5。研究发现，这种六方钻石的硬度高于立方钻石，并具备优异的热稳定性。
这一突破性的研究成果表明，这种钻石可能在多个关键领域得到应用，尤其是在切割、抛光等行业中。虽然大多数天然和人造钻石呈立方结构，但这种超硬钻石，俗称“朗斯代尔石/lonsdaleite”，则具有六边形晶体结构。
该研究团队长期致力于超高压下碳及相关材料的实验研究，取得了多项常规条件下难以实现的新结构和新性质
中，团队探索了剪切力对石墨在高压下结构变化的影。这一发现启发团队在研究六方金刚石的人工合成时，认为高压相结构可能是关键。鉴于陨石钻石的形成过程中不仅涉及超高压，还有高温条件，团队设计了精巧的高温高压实验。在50GPa的超高压下，团队利用激光加热金刚石对顶砧技术，成功研究了石墨的结构变化规律，发现石墨在高压条件下会转变为一种“后石墨相”结构，并通过局部加热成功获得了六方金刚石。结合大规模分子动力学模拟，研究揭示了石墨层堆叠结构对六方金刚石形成的关键作用，验证了石墨通过“后石墨相”转变为六方金刚石的新路径。此外，团队还自主研发了大腔体超高压实验技术，针对大腔体压机尺寸与压力极限之间的矛盾问题，开发了新型国产碳化钨压砧和超高压组装体，使得在高温条件下能够实现40GPa超高压，突破了原有压力极限的60%。这一技术进步为大规模高温高压材料的制备提供了支持。针对六方金刚石块体的高压合成，团队在超高压组装体中巧妙地引入了不同热导率的高硬度材料，通过高压下温度梯度的产生，模拟了金刚石对顶砧实验中的高温高压条件。在30GPa、1400℃的条件下，成功合成了毫米级高取向六方金刚石块材。研究发现，六方金刚石的硬度达到155±9GPa，超过天然金刚石40%以上，其在真空环境下的热稳定性可达到1100℃，明显优于纳米金刚石的900℃。
超硬材料：迎来技术突破与产业机遇
随着制造业不断升级和下游产业需求的增长，作为关键原材料的超硬材料需求持续攀升，尤其是在新能源、航空航天等战略性新兴产业中，市场潜力巨大。数据显示，2023年中国超硬材料总产值达到147.8亿元，预计到2025年这一数字将增至171.5亿元。
目前，中国在全球超硬材料市场中处于主导地位，产业规模庞大，制备技术和装备先进，产业链条完善，国际竞争力强。在传统工业领域，人造金刚石的产量长期占据全球市场的90%以上，形成了“中国制造、全球使用”的格局，具备了强大的市场话语权。
2024年，北京大学东莞光电研究院宣布最新研究成果，团队成功开发出能够批量生产大尺寸超光滑柔性金刚石薄膜的新方法，为金刚石薄膜在电子、光学等领域的应用开辟了新的可能性。该研究成果于12月18日在国际顶级学术期刊“Nature”上发表。
在上市公司方面，力量钻石、黄河旋风、惠丰钻石、国机精工、中兵红箭、四方达、沃尔德等人造金刚石企业纷纷加大技术创新和研发投入。其中，力量钻石是中国超硬材料的主要供应商之一，作为人造金刚石行业的代表企业，目前已经将金刚石产品应用于半导体产业链。
2025年1月，力量钻石的半导体高功率散热片金刚石功能材料研发制造项目正式投产，项目建设了高标准的金刚石半导体研发中心，并购置了国际先进设备，重点攻关“散热+导热”技术。
同月，四方达控股子公司河南天璇半导体科技有限公司与深圳市汇芯通信技术有限公司签署战略合作协议，双方将共同设立联合实验室，围绕CVD金刚石在通信中高频器件应用领域展开多方面合作。
2月，宁波大学官方消息称，经过三年的努力，宁波大学物理科学与技术学院的潘益龙研究员与燕山大学高压科学中心的田永君院士团队，以及南京理工大学的研究人员，在超硬材料领域取得了重大突破，成功合成了硬度达到276 GPa的超细纳米孪晶金刚石块材。此次成果刷新了金刚石硬度的世界纪录，相关研究成果已在线发表于“Nature Synthesis”。
四方达近年来在超硬材料领域持续深耕，并以“1+N行业（下游行业）格局”为战略核心，积极布局多个应用领域。公司已经形成了以复合超硬材料为核心、精密金刚石工具和CVD金刚石为新业务增长点的战略产品体系。
而近日，吉林大学与中山大学的合作，更是将超硬材料推向新的高度。这一系列突破不仅展示了中国在超硬材料领域的强大科研实力，也为全球材料科技带来了前所未有的机遇。
随着六方钻石等新型超硬材料的合成技术逐渐成熟，未来我们将看到这些材料在航空航天、电子、能源等多个高科技领域的广泛应用，进一步推动相关产业的创新发展。而这些技术进步也将为全球钻石产业带来新的商业模式和竞争格局，不仅改变人们对钻石的传统认知，更为未来的工业制造和科技发展奠定了更加坚实的基础。
